垃圾收集算法包含四种算法：标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法
1.标记 - 清除算法
标记 - 清除算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
标记：标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
清除：清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉。
执行过程：
标记 - 清除算法主要有两个不足：
1.一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；
2.另一个是空间问题，标记清除后悔产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
2.复制算法
复制算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后在把已使用过得内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。
执行过程：
复制算法有一个不足：
将内存缩小为原来的一半，利用率太低。
该算法一般用于新生代的垃圾回收，新生代中对象98%都是“朝生夕死”，所以不需要安装1：1分配，而是将内存分为一块较大的Eden区和两块较小From Survivor区和 To Survivor区，每次使用Eden区和其中的一块 Survivor区。当回收时，将Eden区和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另外一块Survivor区中，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor区。当Survivor区空间不够用时，需要依赖其他内存（老年代）进行分配担保。
3.标记 - 整理算法
复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以对应被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以老年代一般不能直接选用这种算法。
标记 - 整理算法，标记过程仍然与“标记 - 清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
执行过程：
4.分代收集算法
现在商业虚拟机都采用分代收集算法，根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最适合的收集算法，在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，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。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记 - 整理”或者“标记 - 清除”算法来进行回收。
5.GC方式
5.1保守GC
保守式GC（conservative GC）：对堆栈数据进行递归扫描
在进行GC的时候，JVM开始从一些已知位置（例如说JVM栈）开始扫描内存，扫描的时候每看到一个数字就看看它“像不像是一个指向GC堆中的指针”。这里会涉及上下边界检查（GC堆的上下界是已知的）、对齐检查（通常分配空间的时候会有对齐要求，假如说是4字节对齐，那么不能被4整除的数字就肯定不是指针），之类的。然后递归的这么扫描出去。
保守式GC的好处是相对来说实现简单些，而且可以方便的用在对GC没有特别支持的编程语言里提供自动内存管理功能。Boehm-Demers-Weiser GC是保守式GC中的典型代表，可以嵌入到C或C++等语言写的程序中
保守式GC的缺点有：
1、会有部分对象本来应该已经死了，但有疑似指针指向它们，使它们逃过GC的收集。这对程序语义来说是安全的，因为所有应该活着的对象都会是活的；但对内存占用量来说就不是件好事，总会有一些已经不需要的数据还占用着GC堆空间。具体实现可以通过一些调节来让这种无用对象的比例少一些，可以缓解（但不能根治）内存占用量大的问题。
2、由于不知道疑似指针是否真的是指针，所以它们的值都不能改写；移动对象就意味着要修正指针。换言之，对象就不可移动了。有一种办法可以在使用保守式GC的同时支持对象的移动，那就是增加一个间接层，不直接通过指针来实现引用，而是添加一层“句柄”（handle）在中间，所有引用先指到一个句柄表里，再从句柄表找到实际对象。这样，要移动对象的话，只要修改句柄表里的内容即可。但是这样的话引用的访问速度就降低了。Sun JDK的Classic VM用过这种全handle的设计，但效果实在算不上好。
5.2半保守式GC
半保守式GC：扫描栈的时候仍然会跟上面说的过程一样，但扫描到GC堆内的对象时因为对象带有足够类型信息了，JVM就能够判断出在该对象内什么位置的数据是引用类型了。单独分配一块内存记录数据
JVM可以选择在栈上不记录类型信息，而在对象上记录类型信息。这样的话，扫描栈的时候仍然会跟上面说的过程一样，但扫描到GC堆内的对象时因为对象带有足够类型信息了，JVM就能够判断出在该对象内什么位置的数据是引用类型了。
为了支持半保守式GC，运行时需要在对象上带有足够的元数据。如果是JVM的话，这些数据可能在类加载器或者对象模型的模块里计算得到，但不需要JIT编译器的特别支持。
5.3准确式GC
将对象的引用地址都存入OopMap中，这样虚拟机就直接可以得知哪些地方存放着对象引用。
OopMap：OopMap 记录了栈上本地变量到堆上对象的引用关系；
6.安全点与安全区域
垃圾收集时，收集线程会对栈上的内存进行扫描，看看哪些位置存储了 Reference 类型。如果发现某个位置确实存的是 Reference 类型，就意味着它所引用的对象这一次不能被回收。但问题是，栈上的本地变量表里面只有一部分数据是 Reference 类型的（它们是我们所需要的），那些非 Reference 类型的数据对我们而言毫无用处，但我们还是不得不对整个栈全部扫描一遍，这是对时间和资源的一种浪费。
一个很自然的想法是，能不能用空间换时间，在某个时候把栈上代表引用的位置全部记录下来，这样到真正 gc 的时候就可以直接读取，而不用再一点一点的扫描了。事实上，大部分主流的虚拟机也正是这么做的，比如 HotSpot ，它使用一种叫做 OopMap 的数据结构来记录这类信息。
我们知道，一个线程意味着一个栈，一个栈由多个栈帧组成，一个栈帧对应着一个方法，一个方法里面可能有多个安全点。 gc 发生时，程序首先运行到最近的一个安全点停下来，然后更新自己的 OopMap ，记下栈上哪些位置代表着引用。枚举根节点时，递归遍历每个栈帧的 OopMap ，通过栈中记录的被引用对象的内存地址，即可找到这些对象（ GC Roots ）。
Savepoint为了让GC发生时停止所有的线程（不包括执行JNI调用线程）都“跑”到最近的安全点上再停顿下来。一般采用抢先式中断和主动式中断。
抢先式中断：在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不在安全点上，就恢复线程，让它“跑”到安全点上。不足：当线程中有sleep()、wait()时，此线程将一直或者需要长时间的等待。
主动式中断：当GC需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单的设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起。
6.1安全区域
使用Safepoint似乎已经完美地解决了如何进入GC的问题，但实际情况却并不一定。Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint。但是，程序“不执行”的时候呢？所谓的程序不执行就是没有分配CPU时间，典型的例子就是线程处于Sleep状态或者Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走”到安全的地方去中断挂起，JVM也显然不太可能等待线程重新被分配CPU时间。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。
安全区域是指在一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的。我们也可以把Safe Region看做是被扩展了的Safepoint。在线程执行到Safe Region中的代码时，首先标识自己已经进入了Safe Region，那样，当在这段时间里JVM要发起GC时，就不用管标识自己为Safe Region状态的线程了。在线程要离开Safe Region时，它要检查系统是否已经完成了根节点枚举（或者是整个GC过程），如果完成了，那线程就继续执行，否则它就必须等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。