一、什么是垃圾。
二、如何判断垃圾。
三、垃圾回收。
一、什么是垃圾。
首先我们要搞懂什么是垃圾。
在 JVM 的眼中，垃圾就是指那些在堆中存在的，已经“死亡”的对象。而对于“死亡”的定义，我们可以简单的将其理解为“不可能再被任何途径使用的对象”。(通俗的的讲就是在堆中创建的对象不会再次被使用)。
二、如何判断垃圾。
垃圾判断算法：引用判断法，可达性分析法。
引用判断法：
在这种算法中，假设堆中每个对象（不是引用）都有一个引用计数器。当一个对象被创建并且初始化赋值后，该对象的计数器的值就设置为 1，每当有一个地方引用它时，计数器的值就加 1，例如将对象 b 赋值给对象 a，那么 b 被引用，则将 b 引用对象的计数器累加 1。
反之，当引用失效时，例如一个对象的某个引用超过了生命周期（出作用域后）或者被设置为一个新值时，则之前被引用的对象的计数器的值就减 1。而那些引用计数为 0 的对象，就可以称之为垃圾，可以被收集。
特别地，当一个对象被当做垃圾收集时，它引用的任何对象的计数器的值都减 1。
优点：引用计数法实现起来比较简单，对程序不被长时间打断的实时环境比较有利。
缺点：需要额外的空间来存储计数器，难以检测出对象之间的循环引用。
可达性分析法:
可达性分析法也被称之为根搜索法，可达性是指，如果一个对象会被至少一个在程序中的变量通过直接或间接的方式被其他可达的对象引用，则称该对象就是可达的。更准确的说，一个对象只有满足下述两个条件之一，就会被判断为可达的：
对象是属于根集中的对象
对象被一个可达的对象引用
在这里，我们引出了一个专有名词，即根集，其是指正在执行的 Java 程序可以访问的引用变量（注意，不是对象）的集合，程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。在 JVM 中，会将以下对象标记为根集中的对象，具体包括：
虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
方法区中的常量引用的对象
方法区中的类静态属性引用的对象
本地方法栈中 JNI（Native 方法）的引用对象
活跃线程（已启动且未停止的 Java 线程）
根集中的对象称之为GC Roots，也就是根对象。可达性分析法的基本思路是：将一系列的根对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，如果一个对象到根对象没有任何引用链相连，那么这个对象就不是可达的，也称之为不可达对象。
如上图所示，形象的展示了可达对象与不可达对象的示例，其中灰色的对象都是不可达对象，表示可以被垃圾收集的对象。在可达性分析法中，对象有两种状态，那么是可达的、要么是不可达的，在判断一个对象的可达性的时候，就需要对对象进行标记。
优点：可以解决循环引用的问题，不需要占用额外的空间
缺点：多线程场景下，其他线程可能会更新已经访问过的对象的引用
引用（Java中的四种引用类型）：
强引用（Strong Reference）：如Object obj = new Object()，这类引用是 Java 程序中最普遍的。只要强引用还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
软引用（Soft Reference）：它用来描述一些可能还有用，但并非必须的对象。在系统内存不够用时，这类引用关联的对象将被垃圾收集器回收。JDK1.2 之后提供了SoftReference类来实现软引用。
弱引用（Weak Reference）：它也是用来描述非必须对象的，但它的强度比软引用更弱些，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。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在 JDK1.2 之后，提供了WeakReference类来实现弱引用。
虚引用（Phantom Reference）：也称为幻引用，最弱的一种引用关系，完全不会对其生存时间构成影响，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是希望能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。JDK1.2 之后提供了PhantomReference类来实现虚引用。
三、垃圾回收。
垃圾回收算法：标记-清除算法、标记-整理算法、复制算法、分代收集算法。
标记-清除算法：
标记-清除（Tracing Collector）算法是最基础的收集算法，为了解决引用计数法的问题而提出。它使用了根集的概念，它分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所需回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象，它的标记过程其实就是前面的可达性分析法中判定垃圾对象的标记过程。
优点：不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效。
缺点：标记和清除过程的效率都不高，这种方法需要使用一个空闲列表来记录所有的空闲区域以及大小，对空闲列表的管理会增加分配对象时的工作量；标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，虽然空闲区域的大小是足够的，但却可能没有一个单一区域能够满足这次分配所需的大小，因此本次分配还是会失败，不得不触发另一次垃圾收集动作。
标记-整理算法：
标记-整理（Compacting Collector）算法标记的过程与“标记-清除”算法中的标记过程一样，但对标记后出的垃圾对象的处理情况有所不同，它不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。在基于“标记-整理”算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。
优点：经过整理之后，新对象的分配只需要通过指针碰撞便能完成，比较简单；使用这种方法，空闲区域的位置是始终可知的，也不会再有碎片的问题了。
缺点：GC 暂停的时间会增长，因为你需要将所有的对象都拷贝到一个新的地方，还得更新它们的引用地址。
复制算法：
复制（Copying Collector）算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它将内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块（对象面），当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块内存上面（空闲面），然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
复制算法比较适合于新生代（短生存期的对象），在老年代（长生存期的对象）中，对象存活率比较高，如果执行较多的复制操作，效率将会变低，所以老年代一般会选用其他算法，如“标记-整理”算法。一种典型的基于复制算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象区和空闲区，在对象区与空闲区的切换过程中，程序暂停执行。
优点：标记阶段和复制阶段可以同时进行；每次只对一块内存进行回收，运行高效；只需移动栈顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单；内存回收时不用考虑内存碎片的出现。
缺点：需要一块能容纳下所有存活对象的额外的内存空间。因此，可一次性分配的最大内存缩小了一半。
分代收集算法：
分代收集（Generational Collector）算法的将堆内存划分为新生代、老年代和永久代。新生代又被进一步划分为 Eden 和 Survivor 区，其中 Survivor 由 FromSpace（Survivor0）和 ToSpace（Survivor1）组成。所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。分代收集，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，可以将不同生命周期的对象分代，不同的代采取不同的回收算法进行垃圾回收，以便提高回收效率。
新生代：目的是回收那些生命周期短的对象，主要存放新产生的对象。新生代按照8:1:1分为eden区、survivor0、survivor1，大部分对象在eden区中生成，当eden满时，将存活的对象复制到survivor0，然后清空eden，当eden、survivor0都满了时，将这两个区中存活的对象复制到survivor1，然后清空eden、survivor0，当着三个区都满了时则把存货对象复制到老年代，如果老年代也满了则触发FullGC。新生代的全回收叫MinorGC，MinorGC发生频率比较高，不一定等到新生代满了时才进行。
老年代：存放对象生命周期较长，且内存大概是新生代的两倍，老年代存活对象生命周期长，因此MajorGC发生频率较低。
永久代：主要存放静态文件，如Java类，方法等。永久带对垃圾回收基本没有影响，当应用动态生成或者调用一些类的时候，例如反射、动态代理CGLib等bytecode框架时需要永久带来保存新生成的类。
小结：
在新生代中，每次垃圾收集时都有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法。只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对他进行分配担保，就必须用标记-清除或者标记-整理。
由于永久代经常会内存不够用或者发生内存泄露，JDK1.8开始废弃了永久代，取而代之的是元空间（直接存在内存中可自定义大小）,主要存放类的元数据。
