Java的垃圾回收机制（Garbage Collection, GC）是其内存管理的核心功能之一。通过GC，Java自动管理对象的生命周期，回收不再使用的对象所占的内存空间。本文将详细探讨GC的实现原理、不同算法的细节以及其在JVM中的应用。

垃圾回收的基本原理

垃圾回收的主要任务是识别和回收不再使用的对象。GC的基本工作过程包括：

标记阶段：标记所有存活的对象。
清除阶段：回收所有未标记的对象。
压缩阶段（可选）：整理内存碎片。

垃圾回收算法

标记-清理：当一个对象没有被引用时标记它，然后隔一段时间或者立刻清理，会造成内存碎片。
标记-整理：为了解决内存碎片问题每隔一段时间就把内存进行平移紧凑，让内存空间变得连续，但是开销很大。
复制：两块同等大小的内存空间，当左边的空间不够的时候，就把左边有效的空间连续地复制到右边并统一清理左边的空间，下次右边不够再给左边连续复制，交替使用，缺点是内存利用效率低。据网上说复制比标记-整理开销低，具体为什么低我也没搞清楚，如果有大佬知道的话可以告诉我。
分代收集（Generational Collection）算法：
分代收集算法基于对象的存活时间，将堆内存分为几代：年轻代（Young Generation）、年老代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation）。各代使用不同的收集算法。
- 年轻代：对象生命周期短，频繁发生GC，使用复制算法。
- 年老代：对象生命周期长，使用标记-清除或标记-压缩算法。
- 永久代：存储类的元数据（在Java 8及以后版本中被元空间（Metaspace）替代）。

JVM中的垃圾收集器

Java虚拟机（JVM）实现了多种垃圾收集器，不同收集器适用于不同的应用场景：

Serial 收集器:Serial 收集器是单线程的，适用于单处理器环境和客户端应用。
Parallel 收集器：Parallel 收集器是多线程的，适用于多处理器环境，需要高吞吐量的应用。
CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器：CMS 收集器是低延迟收集器，目标是最小化停顿时间，适合对响应时间要求高的应用。
G1（Garbage-First）收集器：G1 收集器是分区收集器，将堆划分为多个区域，优先收集垃圾最多的区域，适合大内存、多处理器的服务器应用。

JVM垃圾回收机制（GC）-CSDN博客

如图：GC把内存空间分为新生代和老年代。新生代包括伊甸区（E）、幸存1区（S0）和幸存2区（S1）。各个区的大小不一样，可以调整比例。新生代GC称为minor GC，老年代GC称为Major GC/Full GC。

new出的对象在伊甸区（E区），当空间不够时会触发复制操作复制到幸存1区（S0）并统一回收垃圾空间，下次空间再不够，S0和E区一起往幸存2区（S1）复制，并统一回收垃圾空间，之后S1和E往S0复制，S0和S1反复交替使用，如果一个对象6轮GC都没有淘汰，就会进入老年代。如果幸存区放不下幸存的对象，就会进行分配担保机制，这些多出来的对象会直接进入老年代。

老年代存放存活超过或者等于6代、占用内存大的对象，当老年代空间不够时，触发老年代GC采用标记整理方法回收对象，老年代GC的时候通常伴随年轻代GC，也就是Full GC，会引发程序暂停，全力进行垃圾回收。