引言：
Java Virtual Machine（JVM）作为Java程序运行的核心，其垃圾回收（Garbage Collection, GC）机制在内存管理中起着至关重要的作用。垃圾回收算法是JVM性能优化的重要方面。本文将详细介绍几种常见的垃圾回收算法，包括标记-清除（Mark-and-Sweep）、复制（Copying）、标记-整理（Mark-and-Compact）、分代收集（Generational Collection）和G1（Garbage-First）等。
1. 标记-清除（Mark-and-Sweep）
标记-清除算法是最基础的垃圾回收算法之一，其主要过程分为两个阶段：标记和清除。
标记阶段
从根对象（GC Roots）开始，遍历整个对象图，标记所有可达对象。可达对象即从GC Roots出发可以直接或间接引用到的对象。
清除阶段
遍历整个堆内存，清除所有未标记的对象，将它们的内存空间回收。
优点
- 实现简单，算法逻辑清晰。
缺点
- 标记和清除过程会导致应用程序暂停（Stop-The-World），影响性能。
- 清除阶段会产生内存碎片，导致大对象分配困难。
2. 复制（Copying）
复制算法通过将内存划分为两块相等的区域，称为“From空间”和“To空间”，每次只使用其中的一块。
回收过程
- 从根对象开始，标记并复制所有可达对象到To空间。
- 复制过程中，更新对象的引用。
- 复制完成后，清空From空间，交换From和To空间的角色。
优点
- 每次回收后，To空间中的对象是连续分布的，不会产生内存碎片。
- 回收效率较高，尤其适用于存活对象较少的情况。
缺点
- 需要两块相同大小的内存区域，空间浪费较大。
- 不适用于存活对象较多的情况。
3. 标记-整理（Mark-and-Compact）
标记-整理算法结合了标记-清除和复制算法的优点，适用于老年代的垃圾回收。
回收过程
- 标记阶段与标记-清除算法相同，标记所有可达对象。
- 整理阶段，将所有存活对象向堆的一端移动，保持内存的连续性。
- 移动完成后，清除后半部分的内存空间。
优点
- 避免了内存碎片问题。
- 内存利用率高，不需要额外的空间。
缺点
- 对象移动过程较复杂，需要更新所有引用，回收效率相对较低。
4. 分代收集（Generational Collection）
分代收集算法基于对象的生命周期特点，将堆内存划分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
年轻代
年轻代包括Eden区和两个Survivor区（From和To）。大部分对象在年轻代分配，年轻代的GC称为Minor GC。
老年代
老年代存放经过多次GC仍然存活的对象，老年代的GC称为Major GC或Full GC。
优点
- 大多数对象在年轻代分配和回收，利用复制算法进行Minor GC，效率高。
- 老年代采用标记-整理算法，减少内存碎片。
缺点
- 需要根据对象的生命周期进行分代管理，算法实现较复杂。
5. G1（Garbage-First）
G1垃圾回收器是JVM的一种面向服务端应用的高性能垃圾回收器，设计目标是提供高吞吐量和低暂停时间。
工作原理
G1将堆内存划分为多个大小相等的区域（Region），每个Region可以作为年轻代或老年代的一部分。GC过程分为年轻代GC和混合GC（Mixed GC）。
回收过程
- 年轻代GC：类似于分代收集的Minor GC，仅回收年轻代的Region。
- 混合GC：回收整个堆，包括年轻代和部分老年代的Region，根据回收收益优先选择垃圾最多的Region。
优点
- 可以控制GC的停顿时间，适合大内存的应用场景。
- 回收效率高，能够处理堆内存碎片问题。
缺点
- 算法实现复杂，参数调整难度较大。