Java 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）机制是一项自动内存管理技术，旨在帮助程序员减少内存泄漏和程序崩溃的问题。Java 中的垃圾回收器会自动追踪和回收不再被使用的对象，从而释放内存。
1. 垃圾回收的基本概念
在 Java 中，所有的对象都是在堆内存中分配的。当一个对象不再被任何引用指向时，它就成为了“垃圾”，这时垃圾回收器可以回收这部分内存。Java 的垃圾回收主要依赖于以下两种技术：
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引用计数法：每个对象都有一个计数器，记录引用的数量。当计数器为零时，该对象会被回收。然而，这种方法无法解决循环引用的问题。
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可达性分析：通过图的方式判断对象的存活。程序中有一部分称为“根节点”（如栈中的本地变量、静态变量等），从这些根节点出发，遍历所有可达的对象。如果一个对象无法从根节点到达，则认为它是不可达的，可以被回收。
2. 垃圾回收的算法
Java 中的垃圾收集主要使用以下几种算法：
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标记-清除算法：分为两个阶段，首先标记所有可达的对象，然后清除未标记的对象。虽然简单，但会导致内存碎片问题。
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复制算法：将内存分为两块，每次只使用一块。当一块用完时，将存活的对象复制到另一块，从而清除未存活的对象。可以消除内存碎片，但会浪费一半的内存。
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标记-整理算法：首先标记所有存活的对象，然后将这些对象移动到内存的一端，最后清除其他对象。
3. Java 垃圾回收器
Java 提供了多种垃圾回收器，我们可以根据需要选择不同的收集器。
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Serial GC：单线程垃圾回收器，适用于小型应用。
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Parallel GC：多个线程同时进行垃圾回收，适合多核处理器。
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CMS (Concurrent Mark-Sweep) GC：并发标记清除垃圾回收器，缩短堆的停顿时间。
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G1 (Garbage First) GC：最新的垃圾回收器，目标是实现低停顿时间。可以将堆划分为多个小区域，优先回收垃圾最多的区域。
4. 垃圾回收的使用示例
下面是一个简单的 Java 程序，演示了对象的创建与垃圾回收：
public class GCDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个对象
GCDemo demo = new GCDemo();
demo = null; // 给对象 null，表明不再使用
// 触发垃圾回收
System.gc(); // 建议 JVM 来进行垃圾回收
// 暂停一小会，让 GC 有时间工作
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("垃圾回收已被请求");
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
// 对象被垃圾回收时调用
System.out.println("对象被垃圾回收了");
}
}
在这个例子中，我们创建了一个对象，然后将其引用置为 null，这表明不再使用它。这时 JRE 中的垃圾回收器会检测到这个对象不再被引用，并在适当的时机释放掉其占用的内存。finalize() 方法会在对象被回收时调用，可以在这里进行一些清理操作。
5. 总结
Java 的垃圾回收机制极大地简化了内存管理的复杂性，使得开发人员能够更加专注于业务逻辑而不必担心内存泄漏的问题。了解 GC 的工作原理，有助于我们写出更高效的 Java 应用程序。随着系统的复杂性增加，合理选择垃圾回收器、调整参数和持续监控性能也变得尤为重要。
