Java運行時內存中的程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧這三部分區域其生命周期與相關線程有關，隨線程而生，隨線程而滅。而程序計數器就是一個單純存地址的整數也不需要關心，因此我們GC（垃圾回收）的主要目標就是堆（堆中存放著幾乎所有實例對象）！

檢測垃圾

一個對象，如果后續不再被使用且沒有引用指向它，就可以認為是垃圾。
有以下方法可知對象是否有引用指向：

引用計數算法

在主流的JVM中沒有選用引用計數法來管理內存，最主要的原因就是引用計數法無法解決對象的循環引用問題 Python，PHP采取了引用計數算法。

給對象增加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器就+1；當引用失效時，計數器就-1；任何時刻計數器為0的對象就是不能再被使用的，即可被回收。

        Test test1 = new Test();
        Test test2 = test1;
        Test test3 = test1;
        Test test4 = test1;

此算法存在兩個缺陷：

1. 浪費內存空間
2. 存在循環引用的情況
   用一個例子來解釋一下循環引用的問題：

class Test {
 public Test test;
}
        Test test1 = new Test();
        Test test2 = new Test();
        test1.test=test2;
        test2.test=test1;

此時test1與test2 銷毀了，兩個對象的引用計數分別減一。

此時這兩個對象的引用計數不為0，不能作為垃圾且無法使用，陷入了一個邏輯上的循環。

可達性分析算法

通過一系列稱為"GC Roots"的對象作為起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索走過的路徑稱之為"引用鏈"，當一個對象到GC Roots沒有任何的引用鏈相連時(從GC Roots到這個對象不可達)時，證明此對象是不可用的。

在java中，可作為GC Roots（垃圾回收根對象）的對象有以下幾種：

1. 棧上的局部變量
2. 常量池中引用的對象
3. 方法區中類靜態屬性引用的對象

只有從GC Roots對象開始，通過引用鏈可達的對象才被認為是存活的，而無法通過引用鏈訪問的對象則會被判定為垃圾，并進行回收。

缺點：

1. 遍歷開銷：可達性分析算法需要遍歷整個對象圖以確定每個對象的可達性。對于大型堆和復雜的引用關系，遍歷開銷可能非常大，特別是在全局垃圾回收中。這可能會導致垃圾回收的性能下降。
2. 延遲回收：可達性分析算法需要遍歷整個對象圖，從GC Roots開始，逐個檢查每個對象的引用關系。這個過程可能需要消耗大量的時間，且在垃圾回收期間，應用程序的執行會被暫停（STW - Stop-The-World）。因此，可達性分析算法可能導致較高的延遲，影響程序的響應性能。

回收垃圾

標記清除算法

算法分為"標記"和"清除"兩個階段 : 首先標記出所有需要回收的對象，在標記完成后統一回收所有被標記的對象。
回收前：

回收后：


不足：

1. 標記和清除這兩個過程的效率都不高。
2. 標記清除后會產生大量不連續的內存碎片，空間碎片太多可能會導致以后在程序運行中需要分配較大對象時，無法找到足夠連續內存而不得不提前觸發另一次垃圾收集。

復制算法

"復制"算法是為了解決"標記-清理"的效率問題。它將可用內存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。
簡單來說復制算法就是把不是垃圾的對象拷貝到未使用的那一邊，然后再統一釋放剛才使用過的那一塊區域。

缺點：

1. 內存利用率比較低。
2. 如果當前區域的大部分對象都需要保留垃圾很少，那么此時的復制成本就比較高。

標記整理算法

標記整理算法的基本流程：

1. 標記：從根對象開始，通過可達性分析算法，標記所有從根對象可達的存活對象。標記過程中，通常使用標記位（標記狀態）來標記對象是否為存活對象。

2. 整理：將所有存活對象移到堆的一端，緊湊排列，以便釋放出連續的一段內存空間。在移動存活對象時，需要更新對這些對象的引用，確保引用指向移動后的新位置。

3. 更新引用：在堆中，遍歷所有存活對象的引用，將其指向新的位置。這是為了避免懸掛指針（引用指向被移動或已回收的對象）的問題。

4. 釋放未標記的對象：在整理后的堆中，所有沒有被標記的對象都可以被認為是垃圾對象，可以直接被回收。

優點：解決了內存碎片問題。
缺點：搬運復制開銷比較大。

分代算法

分代算法主要基于一種觀察：大部分對象的生命周期都比較短暫。根據這個觀察，分代算法將堆內存劃分為不同的代（Generation），每一代中對象的生命周期不同，并且根據對象的生命周期將不同的垃圾回收策略應用于不同的代中。

一般來說，分代堆內存被劃分為年輕代（Young Generation）和老年代（Old Generation）兩個主要部分
年輕代：
年輕代是存放新創建的對象的地方，大部分對象在創建后很快就變為垃圾對象。年輕代通常進一步分為Eden區和兩個Survivor區。新創建的對象首先放入Eden區，當Eden區滿時，不會被回收的對象會被轉移到一個Survivor區。當一個Survivor區滿時，其中的存活對象會被復制到另一個Survivor區或者老年代。經過多次垃圾回收后依然存活的對象將晉升到老年代。
年輕代通常采用復制算法（Copying）作為垃圾回收策略，因為新創建的對象的生命周期短暫，復制算法可以更好地利用對象的特點。
老年代：
老年代是存放存活時間較長的對象的地方，老年代的對象生命周期較長，垃圾回收頻率相對較低。對于老年代的垃圾回收，可以采用標記-清除（Mark-Sweep）或者標記-整理（Mark-Compact）等算法。

分代算法通過區分不同代的對象，針對不同代采取不同的垃圾回收策略，可以提高垃圾回收效率和系統性能。年輕代的頻繁垃圾回收可以快速回收新創建對象，老年代的較少回收可以減少全局垃圾回收的引發，提高應用程序的響應性。這種分代垃圾回收策略在大多數的垃圾收集器中都有應用。