JVM的一個關鍵特徵是它的GC Heap。Heap保存了Java運行期的所有對象，數組。GC可以動態釋放Heap中不再使用的空間。在Java程序裏，一個對象可以通過關鍵字new來創建，“創建”對於JVM來說就是在Heap裏分配一塊空間保存新對象。GC，也就是Garbage collection，既清除Heap裏不再使用的對象。爲了清除這些對象，GC必須調用這些對象的Finalizer。另爲GC還可以合併Heap中的空間碎片。Heap空間碎片是由於不斷分配和釋放造成的。如果不合並這些碎片，即使有足夠的空間，由於沒有足夠大的連續空間而不得不擴大Heap空間，擴大空間會降低運行性能。
GC算法
目前已經實現了很多GC算法，處理Sun之外，IBM，Symantec，Microsoft，HP，以及各種開源組織都投入到這項研究。那他們競爭的關鍵就在於GC的Heap。任何一個GC算法都必須做兩件事，一，它必須能找到所有的垃圾對象，也就是不再使用的對象，二，它必須可以回收垃圾對象空間。
通常，搜索垃圾的工作，首先建立一組類似於樹的結構，樹根爲root，節點則叫做對象引用。任何一個對象如果在各種結構裏能找到它的引用，則成爲該對象可使用（reachable）或稱對象狀態是活動的（live），而任何沒有在結構裏找到引用的對象則稱爲垃圾。在JVM裏，所有的對象都保存在Heap裏，本地變量則保存在Java Stack裏，每個線程都有自己的Stack。每個本地變量或是對象引用，或是基本數據類型，例如int, char或float。因此，線程裏保存的只是對象的引用，而對象的實例都保存在Heap中。當一個線程結束，線程裏對象引用將被刪除，那麼這些對象就有可能成爲Heap中的垃圾。（“有可能”是因爲對象有可能在其他線程中被引用。）
區別可使用對象和垃圾對象有兩種方法，他們是引用計數和遍歷搜索。引用計數就是在Heap中記錄各個對象的引用數。遍歷搜索是在樹結構裏搜索對象引用，並在Heap裏標記被引用的對象，遍歷後，那些沒有標記的對象則是垃圾。
引用計數器
引用計數器保存在對象裏，當一個對象被創建時，計數器爲1。當其他對象引用這個對象時，該對象的引用計數器加1。當對這個對象的引用結束時，計數器減1。引用計數器爲0時，則被看作是垃圾。該算法的缺點是沒有遍歷功能。該算法已經過時，現在的JVM都採用第二種方法遍歷搜索法。
遍歷搜索器
搜索器從樹結構的根節點開始遍歷，尋找對象引用，並把被引用的對象做標記（Mark）。遍歷之後，未作標記的對象被視爲垃圾，可被GC回收（Sweep）。
碎片整理器
Heap碎片整理（Compacting collector）有兩個步驟，整理和拷貝。這兩步用來移動Heap中的對象從而減少碎片。既然好移動對象的位置，當要也要更新對象的引用，但是更新對象引用是會降低VM的性能，因此建立一個對象句柄表，對象引用指向對象句柄，當對象移動時，更新對象的句柄，而不用改變對象引用的值。拷貝步驟就是將Heap的對象移動到新的位置。爲了提高拷貝的性能，VM被分爲兩個區，VM在內只能使用兩個中的一個。當使用中的區沒有空間後，將所有的對象從該空間拷貝到另一個空間，並繼續在另一個空間工作，直到另一個空間滿了爲止，再把所有對象拷貝回原來的空間。該方法的代價就是需要花費2倍的空間。
