Java不需要我們手動的申請和釋放空間，而是由JVM自動的來進行分配和回收。既然是自動的，那跟手動釋放和回收相比，在精準性和效率上可能就會稍微差一些，所以Java虛擬機團隊也不斷地研發更優秀的垃圾收集器，也有了一代又一代的垃圾收集器。
既然要學習垃圾回收，那就會有如下的一些問題：回收哪些空間，怎麼判斷這個對象能不能回收，什麼時候進行回收，怎麼才能高效的回收。
回收哪些空間？
之前我們學習過JVM的內存劃分，裏面有些空間是線程私有的，有些是線程共享的。對於程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧這些空間來說，屬於線程私有的空間。這些空間隨線程而生，隨線程而滅，不需要考慮回收的問題，因爲方法調用完成之後或者線程結束後，空間就自動釋放了。但是對於堆和方法區而言，是線程共享的，而且是在程序運行期間，動態進行空間分配和回收的。我們的垃圾回收算法，主要就是作用於這兩部分空間的。
回收堆的空間，就是對堆中的對象進行標記和回收，回收方法區的空間，一般就是回收一些廢棄的常量和無用的類。
如何判斷對象可以被回收？
判斷哪些對象可以被回收，其實就是判斷對象是否存活，活着的對象就不回收，死了的就回收。判斷對象是否存活，常見有兩種方法：引用計數算法和可達性分析算法。
1.引用計數算法
給對象中添加一個引用計數器，有地方引用時，計數器加1，引用失效時，計數器減1，計數器爲0時，說明沒有引用，可以回收。
Hotspot沒采用這種算法，因爲很難解決對象之間循環引用的問題。
2.可達性分析
通過一系列GC Roots的對象最爲起始點，一直向下搜索，走過的路徑成爲引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有引用鏈時（也就是GC Roots到這個對象不可達），證明這個對象是不可用的。
常見的可以作爲GC Roots的對象爲：
1.虛擬機棧中，棧幀中的本地變量表引用的對象。
2.本地方法棧中引用的對象。
3.方法區中，類靜態屬性引用的對象。
4.方法區中，常量引用的對象。
5.已啓動且未停止的 Java 線程。
一般情況下，垃圾收集器會採用可達性分析算法來標記對象。這種方式看起來比較容易，只是從GC Roots開始標記一遍，然後回收就可以了，但是實際的操作過程還是比較複雜的。因爲我們程序在運行時是多線程運行的，垃圾回收的線程將對象標記完成之後，還可能有其他線程對該對象進行操作，比如把這個對象置爲null，成爲不可用對象。或者把這個對象又和GC Roots上的對象關聯起來。所以，之前標記的就是不準的。
Stop-the-world
爲了解決可達性分析標記不準的問題，就有了Stop-the-world，停止其他非垃圾回收線程的工作，直到完成垃圾回收。
Java 虛擬機中的 Stop-the-world 是通過安全點（safepoint）機制來實現的。當 Java 虛擬機收到 Stop-the-world 請求，它便會等待所有的線程都到達安全點，才允許請求 Stop-the-world 的線程進行獨佔的工作。安全點的目的就是找到一個穩定的狀態，在這個狀態下，JVM的堆棧不會發生變化，這樣，垃圾回收線程就可以進行可達性分析了。
常見的垃圾回收算法：
常見的垃圾回收算法有四種：標記-清除、複製、標記-整理、分代收集。
標記-清除算法：
標記-清除算法，分爲兩個階段，先標記，再清除。標記就是把所有可以進行回收的對象標記一下，標記完成後，就可以進行統一的回收。
這個算法有兩個缺點，一是標記和清除的性能不高，二是容易產生內存碎片。所以這個算法算是一個基礎的算法，其他算法會根據這個算法進行改進。
複製算法：
複製算法把內存分爲兩塊，一次只用一塊，回收時就把其中一塊存活的對象複製到另一塊。再把這一塊的空間清除。這種方法簡單高效，而且不存在碎片問題，但是成本較大，因爲只用了一半的內存。改進的方法是按照8:1:1的比例，分配三塊空間。最大的這個是Eden，兩塊小的是Survivor，每次使用一塊Eden和一塊Survivor，回收時，把Eden和Survivor的存活對象複製到另一塊Survivor上。這種算法適合新生代，因爲新生代對象大部分都是朝生夕死的，所以一般不會有問題。如果真的遇到了Survivor空間不夠用的情況，則需要擔保機制，把存活的對象直接進入老年代。
標記-整理算法：
標記-整理類似於標記-清除，也是先標記，只不過標記完之後，不是清除，而是把存活的對象往一端去移動，移動完之後，直接把邊界後面的空間全都清除。這種方式也可以減少內存碎片。
分代收集算法：
現在一般商用的JVM都會採用分代收集的算法，就是把堆分成新生代和老年代，不同的空間用不同的回收算法。對於新生代，大部分對象都是朝生夕死的，所以就用複製算法。對於老年代，對象的存活率較高，也沒有擔保機制，就用標記-整理或者標記-清除。
常見的垃圾收集器
Serial是最基本的收集器，適用於新生代，採用複製算法，單線程進行回收，回收的過程中，需要暫停所有的用戶線程，直到回收結束。
Serial Old是老年代收集器，也是單線程的，使用的標記-整理算法。
ParNew：相當於Serial的多線程版本，除了回收的時候用多線程以外，其他和Serial都一樣的，也需要暫停所有的用戶線程。不過ParNew的用途比較廣泛，因爲只有Serial和ParNew可以和CMS進行搭配。
Parallel Scavenge是個新生代收集器，用的複製算法，多線程並行回收。看起來和ParNew是一樣的，不過他們兩個收集器的關注點不同。ParNew關注停頓時間，讓停頓時間儘可能短。Parallel Scavenge關注吞吐量。
Parallel Old，是老年代的收集器，使用標記-整理算法。和Parallel Scavenge搭配使用，適合後臺程序，和用戶沒有交互的，這樣可以保證有較高的吞吐量。
CMS：老年代收集器，採用標記-清除算法，關注點在於減少停頓時間，所以適合用戶交互的系統。
CMS分爲四個步驟：初始標記、併發標記、重新標記、併發清除。
初始標記個重新標記這兩個步驟需要stop the world，但是這兩個步驟耗時一般會比較短。併發標記和併發清除這兩個步驟，都是可以和用戶線程併發執行的。
CMS是一款優秀的垃圾收集器，很多系統都會採用這個收集器。不過也有一些缺點，比如會產生內存碎片。
G1收集器：既可以新生代，也可以老年代，它的定位就是爲了取代CMS。G1把堆劃分爲多個Region，每個Region都可以充當 Eden 區、Survivor 區或者老年代中的一個。先回收價值大的Region，避免了在整個堆空間進行回收。從整體上看，G1採用的是標記-整理算法。