在Java的世界里，程序运行时的内存就像一间不断产生垃圾的房间。如果没有“清洁工”及时清理，垃圾堆积会导致房间无法容纳新物品，最终程序崩溃。而JVM的垃圾回收（GC）机制，正是这位隐形的“扫地僧”，默默守护着内存空间的整洁。今天，我们就来揭秘这位“清洁工”的工作手册——垃圾回收算法的实现原理。

垃圾判定：谁是内存中的“钉子户”？

垃圾回收的第一步是判断哪些对象是“垃圾”。JVM用两种经典方法解决这个问题：

引用计数法 每个对象自带计数器，记录被引用的次数。当计数器归零时，对象被标记为垃圾。但这种方法存在致命缺陷：若对象A引用B，B又引用A（循环引用），即使它们已不被外界使用，计数器仍不为零，导致内存泄漏。就像两个互相抓着衣角的人，谁都不肯松手，结果双双困在内存中。可达性分析法（根搜索算法） JVM通过一系列“根对象”（如虚拟机栈中的局部变量、静态属性等）作为起点，逐层扫描引用链。无法被根对象触及的对象即为垃圾。这种方法彻底解决了循环引用问题，但需要暂停用户线程（Stop-The-World，STW），就像清洁工工作时让所有人暂时离开房间。

小知识：即使对象被判定为垃圾，JVM还会给它一次“临终关怀”——调用finalize()方法，但该方法最多执行一次，且不保证及时性。

四大核心算法：清洁工的“独门秘籍”1. 标记-清除算法：简单粗暴的“大扫除”原理：先标记存活对象，再清除未标记的垃圾。缺点：产生内存碎片，就像房间角落堆满碎纸片，即使总空间足够，也可能无法放下大件家具。2. 复制算法：空间换时间的“乾坤大挪移”原理：将内存分为两块，每次只用其中一块。垃圾回收时，将存活对象复制到另一块，原空间直接清空。优势：无碎片问题，适合新生代（98%对象“朝生夕死”）。但浪费50%内存，就像为了打扫一间房，必须再准备一间空房。优化：Appel式回收将新生代划分为Eden区（80%）和两个Survivor区（各10%），空间利用率提升至90%。3. 标记-整理算法：老年代的“整理术”原理：标记存活对象后，将其向内存一端移动，清理边界外的空间。适用场景：老年代对象存活率高，整理后内存连续，但移动对象导致额外开销。4. 分代收集算法：因材施教的“智慧管家”设计理念：根据对象生命周期划分内存区域：新生代：采用复制算法，快速清理短命对象。老年代：采用标记-清除或标记-整理算法，低频处理长寿对象。晋升机制：对象在Survivor区每熬过一次GC，年龄+1，默认15岁后晋升老年代。 比喻：就像学校分年级，新生班（新生代）频繁考试淘汰，毕业班（老年代）只偶尔大考。主流垃圾收集器：清洁工具的“进化史”1. Serial收集器：单线程的“老扫帚”特点：单线程串行回收，全程STW。适合客户端程序或小内存场景，如同用一把扫帚慢慢清扫。参数：-XX:+UseSerialGC。2. ParNew/CMS组合：高并发的“双人组”ParNew：多线程版Serial，专攻新生代，与CMS搭档。CMS（Concurrent Mark Sweep）：以低延迟为目标，分四阶段：初始标记（STW）→并发标记→重新标记（STW）→并发清除。但存在内存碎片和浮动垃圾问题，如同边打扫边有人扔新垃圾。3. G1收集器：分区管理的“智能机器人”创新点：将堆划分为2048个Region（默认2MB），优先回收垃圾最多的区域（Garbage-First）。混合回收：Young GC处理新生代，Mixed GC兼顾部分老年代，避免Full GC。优势：支持最大暂停时间预测（-XX:MaxGCPauseMillis），适合大内存服务器。4. ZGC/Shenandoah：低延迟的“光速战士”ZGC：在JDK15中正式发布，通过染色指针和读屏障技术，实现亚毫秒级停顿，即使堆内存达TB级。Shenandoah：与ZGC类似，但采用Brooks指针，RedHat贡献给OpenJDK，适合响应敏感场景。

对比：

实战调优：让清洁工“更懂你”

未来趋势：清洁工的“无人化革命”ZGC的跨代回收：在JDK17中支持并发年轻代回收，进一步降低延迟。AI驱动的GC调优：通过机器学习预测对象生命周期，动态调整分代策略。容器化适配：自动感知Kubernetes资源限制，优化内存分配。

从Serial到ZGC，垃圾回收算法的演进不仅是技术的升级，更是对“效率与公平”的永恒追求——既要快速清理垃圾，又不能让程序“卡顿”。正如生活，我们也在不断平衡“断舍离”与“珍惜当下”。下一次你的Java程序流畅运行时，别忘了向这位幕后英雄致敬！