概述
垃圾回收（Garbage Collection, GC），在1960年诞生于MIT的Lisp是第一门真正使用内存动态分配和垃圾收集技术的语言。这其中需要思考三个事情：
哪些内存需要回收？
什么时候回收？
如何回收？
我们为什么要了解GC和内存分配？答案很简单：当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集称为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就需要对这些“自动化”的技术实施必要的调控和调节。
前一部分介绍了Java内存运行时区域的各个部分，其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程而灭；栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊地执行着出栈和入栈操作。每个栈帧分配多少内存基本是在类结构确定下来时就已知了（本章基于概念模型讨论），因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，在这几个区域内不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或线程结束时，内存自然就跟着回收了。而Java堆和方法区则不一样，一个借口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存。
对象已死
这个就是用来判断哪些内存需要回收的依据，“死去”代表对象不可能再被任何途径使用。
引用计数算法
给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用过它，计数器加1,；当引用失效时，计数器减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
引用计数算法（Reference Counting）的实现简单，判断效率也很高，微软的COM（Component Object Model）计数、使用ActionScript3的FlashPlayer、Python语言以及游戏脚本领域中被广泛应用的Squirrel中都使用了引用计数算法进行内存管理。但是Java语言中没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的原因就是它很难解决对象之间的相互循环引用的问题。
public class ReferenceCountingGC { public Object instance = null; private static final int _1MB = 1024*1024; //这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否被回收过 private byte[] bigSize = new byte[2*_1MB]; public static void main(String[] args) { ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC(); ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC(); objA.instance = objB; objB.instance = objA; objA = null; objB = null; System.gc(); }} 运行结果：
[GC [DefNew: 2449K->154K(4928K), 0.0024395 secs] 2449K->2202K(15872K), 0.0024931 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] [Full GC (System) [Tenured: 2048K->154K(10944K), 0.0039434 secs] 4250K->154K(15872K), [Perm : 2127K->2127K(12288K)], 0.0040362 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] Heap def new generation total 4992K, used 44K [0x0f010000, 0x0f570000, 0x14560000) eden space 4480K, 1% used [0x0f010000, 0x0f01b3a0, 0x0f470000) from space 512K, 0% used [0x0f470000, 0x0f470000, 0x0f4f0000) to space 512K, 0% used [0x0f4f0000, 0x0f4f0000, 0x0f570000) tenured generation total 10944K, used 154K [0x14560000, 0x15010000, 0x1f010000) the space 10944K, 1% used [0x14560000, 0x145868a0, 0x14586a00, 0x15010000) compacting perm gen total 12288K, used 2136K [0x1f010000, 0x1fc10000, 0x23010000) the space 12288K, 17% used [0x1f010000, 0x1f226250, 0x1f226400, 0x1fc10000)No shared spaces configured.
对象objA和对象objB都有字段instance，赋值令objA.instance = objB及objB.instance = objA，除此之外，这两个对象再无任何引用，实际上这两个对象已经不可能被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为0，于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。
从运行结果可以清楚看到GC日志中包含“4250->154K“，这意味着虚拟机并没有因为这两个对象互相引用就不回收它们，侧面说明虚拟机不是通过引用计数算法实现的垃圾回收。
根搜索算法
在主流的商用程序语言中（Java和C#，甚至包括前面提及的古老的Lisp），都是使用根搜索算法（GC Roots Tracing）判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots“的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，是可以回收掉的。
在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括以下几种：
虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象
方法区中的类静态属性引用的对象
方法区中的常量引用的对象
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用的对象
再谈引用
无论是通过引用计数算法还是根搜索算法判断对象的存活都与”引用“有关。在JDK1.2之前，Java的引用很传统：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表一个引用。但是对于很多系统的缓存功能来说，在富裕的时候适于保留，在空间不足时抛弃的情景就描述不了了。
在JDK1.2后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）四种，这四种引用强度依次减弱。
强引用就是指在代码中普遍存在的，类似”Object obj = new Object()“这种类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
软引用用来描述一些还有用，但并非必须的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中并进行第二次回收。如果这次回收还是没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK1.2后，提供了SoftReference类来实现软引用。
弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。在JDK1.2后，提供了WeakReference类来实现弱引用。
虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间产生影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是希望能在这个对象被收集器回收时受到一个系统通知。在JDK1.2之后，提供了PhantomReference类来实现虚引用。
生存还是死亡？
在根搜索算法中不可达的对象，也并非是”非死不可“的，这时候它们暂时处于”缓刑“阶段，要真正宣告一个对象已死，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行根搜索后发现没有与GC Roots相关联的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为”没有必要执行“。
如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会被放置在一个名为F-Queue的队列中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行。这里所谓的”执行“是指虚拟机会触发这个方法，但并不承诺会等待它运行结束。这样做的原因是，如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢，或者发生了死循环，将很可能会导致F-Queue队列中的其他对象永久处于等待状态，甚至导致整个内存回收系统崩溃。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后FC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，譬如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出”即将回收“的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那它就诊的离死不远了。
public class FinalizeEscapeGC { public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null; public void isAlive(){ System.out.println("yes, i am still alive :)"); } protected void finalize() throws Throwable { super.finalize(); System.out.println("finalize method executed!"); FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; } public static void main(String[] args) throws Throwable{ SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC(); //对象第一次成功拯救自己 SAVE_HOOK = null; System.gc(); //因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒等待它 Thread.sleep(500); if(SAVE_HOOK!=null){ SAVE_HOOK.isAlive(); }else { System.out.println("no, i am dead :("); } //下面这段代码和上面的完全一样，但是这次自救却失败了 SAVE_HOOK = null; System.gc(); Thread.sleep(500); if(SAVE_HOOK!=null){ SAVE_HOOK.isAlive(); }else { System.out.println("no, i am dead :("); } }} 运行结果：
finalize method executed!yes, i am still alive :)no, i am dead :(
此代码演示了两点：
1、对象可以在被GC时自我拯救。
2、这种自救行为只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多会被系统自动调用一次。
当然，作者不鼓励使用这种方法来拯救对象，建议尽量避免使用它，finalize本身就是为了C/C++程序员过渡做出的一个妥协，它所能做的工作，使用try-finally或其他方式都可以做得更好、更及时，大家完全可以忘掉Java语言中还有这个方法的存在。
回收方法区
很多人认为方法区（或者Hotspot虚拟机中的永久代）是没有垃圾收集的，Java虚拟机规范中确实说过可以不要求虚拟机在方法区实现垃圾收集，而且在方法区进行垃圾收集的”性价比“一般比较低：在堆中，尤其是在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70~95%的空间，而永久代的垃圾收集效率远低于此。
永久代的垃圾回收主要回收两部分：废弃常量和无用的类。回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常相似。以常量池中字面量的回收为例，例如一个字符串”abc“已经进入常量池中，但是当前系统没有任何一个String对象叫做”abc“的，换句话说是没有任何String对象引用常量池中的”abc“常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果在这时候发生内存回收，而且必要的话，这个”abc“常量就会被系统”请“出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。
判定一个常量是否是”废弃常量“比较简单，而要判定一个类是否是”无用的类“的条件相对苛刻很多。类需要同时满足下面3个条件才能是”无用的类“：
该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的ClassLoader已经被回收
该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
虚拟机可以对同时满足上述3个条件的无用类进行回收，仅仅是可以，而不是和对象一样，不使用了就必然会回收。是否对类进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数控制，还可以使用-verbose:class及-XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading查看类的加载和卸载信息。
在大量使用反射、动态代理、CGLib等bytecode框架的场景，以及动态生成JSP和OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。