本文從Java的垃圾定義、如何回收垃圾、垃圾回收策略等方面詳細講一遍Java的垃圾回收機制
什麼是垃圾回收
垃圾回收(Garbage Collection，GC)，就是釋放垃圾佔用的存儲空間，對內存中(主要是堆)已經死亡或長時間未被使用的對象進行清除和回收，防止內存泄漏。
內存模型
先看下jdk 1.6、1.7、1.8的內存模型
jdk1.6
jdk1.7
jdk1.8
可以看到，jdk從1.6到1.8的演進中，將常量池放到了堆裏面，將永久代移出了JVM內存，放到了機器內存中（元空間-metaspace）。初衷在於將不可回收或很難回收的放到了堆外內存（永久代的回收有非常嚴格的要求），可控的收攏在堆內。
如何定義垃圾
GC前，我們得直到哪些內存是可以回收的。這裏就涉及到垃圾回收的相關算法：引用計數算法和可達性分析算法
引用計數法
引用計數法是在對象中分配一塊空間來記錄該對象被引用的次數。如果該對象被其他對象引用一次則+1，如果刪除對該對象的引用，則引用次數-1。當該對象的引用次數爲0時，那麼該對象就可被回收。
String str = new String("west");
str = null;
創建一個字符串，則字符串"west"有1個引用，即 str；將 str 置爲 null，則 "west" 的引用次數爲0。在引用計數算法中，"west"所佔用的內存即可被回收了（寫代碼中，不用的對象顯示置爲null即是這個道理）。
從上面也可以看到，引用計數法是將垃圾判斷邏輯放到了應用的運行當中，而不是在垃圾回收時，停止整個應用的運行(stop the world)，直到對堆中的垃圾回收處理完畢。但引用計數法被淘汰也有它的弊端，當我們定義2個對象(計數+1)，且這兩個對象相互引用(計數+1)，再置空2個對象的聲明引用(計數-1)時，實際這2個對象已經不可能在被訪問了，但因爲計數器不爲0(1+1-1=1)，GC回收器永遠無法回收他們。
可達性分析算法
可達性分析算法是通過 GC ROOT 作爲起點，從這些節點向下搜索的路徑，當一個對象在這個路徑上都沒有被任何引用時，則證明該對象是未被使用（不可達）可回收的。
可以看到，可達性算法解決了引用計數算法裏的“循環依賴”問題，只要對象和GC ROOT沒有關聯（直接或間接），則可被回收。
上文說的不用的對象顯示置爲 null 即沒有被引用，即可被及時清理。
什麼是GC ROOT
看上面內存模型圖，GC ROOT 的對象包含：虛擬機棧中引用的對象、方法區中靜態屬性引用的對象、方法區中常量引用的對象、本地方法棧中的Native方法引用的對象。
如何回收垃圾
在確定了哪些是垃圾可以回收後，GC要做的就是如何回收這些垃圾。不同的虛擬機有不同的方式來實現GC，常見的有標記清除算法、標記整理算法、複製算法、分代收集算法，下面我們詳細介紹下各個算法的實現原理。
標記清除算法
上圖可以很明顯的看出來，標記清除算法分爲2步：標記出要回收的區域，然後清除這些空間內的垃圾。被清理出來的區域就變爲未使用的內存區域。
不足：標記清除會產生大量的內存碎片，可用的內存空間會被切割成多塊，而創建對象做內存分配時，需要的是連續的內存空間。如上圖所示，如果現在需要一塊4M的內存區域，其實是無法開闢出來的，但實際我們可用的內存空間總量是大於4M的。也就是我雖然有足夠的內存空間，實際卻不可用。
標記整理算法
如上圖，標記整理算法將所有存活的對象向一端移動，再清理掉邊界外的內存區域。這樣避免了內存碎片問題，未使用的內存空間都是持續的空間。
不足：標記整理算法對內存做了頻繁的變動，需要整理所有存活對象的引用地址並指向新的內存地址，性能和效率差很多。
複製算法
如上圖，複製算法是將內存區域分爲兩塊同等大小的區域，每次只使用其中一塊。當這一塊內存用完了，將存活着的對象遷移到另一塊未使用的區域，再將原有的區域的內存空間全部清理掉。複製算法解決了內存碎片問題，邏輯簡單，性能高效。
不足：總共14M的內存空間，實際可用的只有7M
分代收集算法
分代收集算法針對對象存活週期的不同，將堆內存分爲新生代和老年代，並針對這兩塊區域的特點採用最合適的收集算法。可以認爲分代收集算法是上述幾種算法的組合。
在新生代中，每次GC時都有絕大部分對象死亡，只有極少量存活，則可以使用複製算法，只需要小量的複製存活對象成本就可完成垃圾收集。老年代中，因爲存活的對象較多較大，沒有多餘的空間來做複製，一般使用標記整理算法來回收。
先看下分代收集的內存模型：
新生代
所有new出來的對象都會放在 Eden 區，當 Eden 區空間不足時，JVM發起 Minor GC，Eden 區中未被回收的存活對象移入 S0，如 S0 空間不足時，則再次 Minor GC，將存活的對象移入 S1，將S0的對象清除（複製算法），並記錄移入對象被GC的次數。下一次 Minor GC 時，S0 和 S1的職責互換，以此反覆。直到存活對象被GC的次數超過15時，纔會被移入老年代。
可以認爲，S0,S1就是老年代的一個緩存，且在緩存中的對象有極大可能在被GC15次之前被回收。而兩個 Survivor區(S0,S1)，又可以保證總有一個區域是空閒的，而另一個是沒有碎片可使用的。據說不多分幾個 Survivor，是經過權衡後最佳的選擇。過多可能導致單個 Survivor 區域過小，容易被塞滿。
老年代
老年代佔據了堆內存中大部分的空間，只有在Major GC的時候纔會進行清理，但每次GC時會"stop-the-world"，即其他線程都會被暫停。
需要注意，大對象需要連續的大量內存空間，因此被創建出來時就會直接進到老年代。避免在新生代中做大量的內存複製操作。
常用垃圾收集器
一張圖總結：Serial、Parallel Old、CMS、G1
