垃圾回收机制（Garbage Collection，简称GC）是Java虚拟机（JVM）中的一项关键技术，它自动管理程序运行时产生的内存分配与释放，从而减轻了程序员手动管理内存的负担，并减少了由于错误的内存管理而导致的问题。GC的核心任务是在不影响应用程序正常运作的前提下，识别并回收不再使用的对象所占用的内存空间。
垃圾回收的重要性
在Java编程环境中，几乎所有的对象实例都存放在堆内存中，而这些对象的生命周期往往是不确定的。随着程序的持续运行，如果不对不再需要的对象进行清理，那么堆内存将会逐渐被耗尽，最终导致内存溢出错误（OutOfMemoryError）。因此，有效的垃圾回收不仅能够防止内存泄漏，还能确保系统资源得到合理利用，进而提升应用的整体性能。
判断对象是否为垃圾
为了确定哪些对象可以被视为"垃圾"，即那些不再被引用或无法访问的对象，JVM采用了两种主要的方法：
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引用计数算法：每个对象都有一个计数器来记录指向它的引用数量。每当有一个新的引用指向该对象时，计数器加一；当某个引用失效时，计数器减一。一旦计数器归零，则表明此对象已无任何外部引用，可作为垃圾处理。然而，这种方法存在一个严重的缺陷------无法解决对象之间的循环引用问题。
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可达性分析法（Reachability Analysis）：这是目前主流商用语言中最常用的判断方法。通过从一组称为GC Roots的对象出发，沿着引用链向下搜索所有直接或间接可达的对象。如果某个对象到GC Roots间没有任何引用路径，则认为它是不可达的，也就是所谓的"垃圾"。GC Roots通常包括但不限于：
- 虚拟机栈中的局部变量表；
- 方法区中的静态属性；
- 方法区中的常量；
- 本地方法栈中的JNI引用。
垃圾回收算法
根据不同的应用场景和技术要求，JVM实现了多种垃圾回收算法，每种算法都有其特点和适用范围：
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标记-清除（Mark-Sweep）算法：分为两个阶段，首先是标记所有存活的对象，然后遍历整个堆，回收未标记的对象。但这种算法容易产生内存碎片，影响后续的大块内存分配效率。
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复制（Copying）算法：将内存划分为两部分，每次只使用其中一部分。当这部分满了之后，把存活的对象复制到另一部分，然后清空当前部分。虽然没有内存碎片的问题，但是需要双倍的内存空间。
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标记-整理（Mark-Compact）算法：结合了前两种算法的优点，先标记所有存活的对象，再将它们移动到堆的一端，最后清理掉剩余的空间。这种方式既可以避免内存碎片，也不需要额外的内存开销。
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分代收集（Generational Collection）算法：基于对象的存活时间特性，将堆内存分为年轻代（Young Generation）、老年代（Old Generation）以及永久代（Permanent Generation，在JDK 8及以后版本中由元空间替代）。年轻代的对象存活期短且频繁发生GC，适合采用快速的复制算法；而老年代的对象存活期长，更适合用标记-清除或标记-整理算法。
JVM中的垃圾收集器
针对上述算法，JVM提供了多种垃圾收集器供用户选择，以满足不同类型的业务需求。例如：
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Serial收集器：单线程工作，适用于小型应用或客户端环境。
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ParNew收集器：多线程并行执行，适合与CMS收集器配合使用，减少停顿时间。
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Parallel Scavenge/Parallel Old收集器：专注于高吞吐量的应用场景。
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CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：旨在最小化停顿时间，适合对响应速度敏感的应用。
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G1（Garbage-First）收集器：分区收集器，优先处理垃圾最多的区域，适用于大内存、多处理器服务器环境。
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ZGC（Z Garbage Collector）收集器：极低延迟的垃圾收集器，支持超大堆内存。