Java语言的一个显著特点是其内存管理的自动化，这得益于内置的垃圾回收机制。对于大多数Java开发者来说，GC幕后默默地完成着它的使命，但了解它的内部工作对于编写高效和优化的Java代码至关重要。接下来，我们将深入探讨垃圾回收的核心原理和策略。
首先，我们需要明确什么是“垃圾”。在Java中，任何对象一旦不被引用，即无法通过根可达性分析找到，就成为了垃圾。根可达性分析是JVM判断对象是否存活的过程，其中“根”通常指的是堆栈、静态变量和JNI Handles等。
垃圾回收涉及几个关键步骤：标记（Mark）、正常清除（Normal Deletion）、重新整理（Deallocate）和压缩（Compact）。标记阶段会遍历所有的对象，并标记出那些仍然存活的对象。正常清除则是释放未被标记的对象所占用的内存。重新整理和压缩阶段则是移动对象以使得内存连续，减少内存碎片。
在垃圾回收算法方面，主要有以下几种类型：
标记-清除（Mark-and-Sweep）：这是最基本的算法，正如其名称所示，它先进行标记，然后清除未标记的对象。这种方法的缺点是容易产生内存碎片。
复制（Copying）：该算法将内存分为两个相等的部分。每次只使用其中的一半，当这一半的内存用尽后，就将还在使用的对象复制到另一半，然后再清除剩下的部分。这种方法避免了内存碎片的问题，但是牺牲了一半的内存空间。
标记-整理（Mark-and-Compact）：这个算法在标记存活的对象后，会将所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。这种方法避免了内存碎片，且无需牺牲额外的内存空间。
分代收集（Generational Collection）：基于一个观察事实——大部分对象的生命周期都很短。因此，分代收集将堆内存划分为新生代和老年代，对新生代使用更频繁的垃圾回收策略，而老年代则使用不那么频繁的策略。
现代JVM如HotSpot通常会实现多种垃圾回收器，例如Serial Collector、Parallel Collector、Concurrent Mark Sweep (CMS) Collector和G1 Collector。每种回收器都有其特点和适用场景。Serial Collector是单线程的，适合客户端应用；Parallel Collector利用多核处理器并行回收，适用于吞吐量优先的服务端应用；CMS Collector并发执行，减少停顿时间，适合响应时间敏感的应用；G1 Collector则尝试平衡吞吐量和延迟，适用于大尺寸堆内存的场景。
总之，垃圾回收是Java内存管理的核心机制。尽管GC为我们处理了很多复杂性，但了解其工作原理有助于我们写出更高效的代码，并且能够在遇到内存相关的问题时，更加从容地进行调试和优化。
