GC算法是垃圾收集（Garbage Collection）技术中核心的算法，用于自动管理和释放不再使用的内存资源。垃圾收集器通过识别内存中的无用对象、回收内存,使得程序能继续分配新的对象， GC算法确保了应用程序的健康运行。具体到Java虚拟机（JVM）中，永久代（Permanent Generation，简称PermGen）是JVM的内存区域之一，用于存放类信息、常量、静态变量等。从Java 8开始，永久代已被Metaspace（元空间）替代。但不论是永久代还是元空间，GC会在必要时刻对这些区域进行回收。一般情况下，当类被卸载或者相应的ClassLoader实例被回收时，永久代中与之相关的对象就会成为垃圾对象，进而被GC回收。
在GC过程中，如果存在对象间的循环引用，现代GC算法（例如标记-清除、标记-整理或者分代收集算法）通过跟踪活跃对象而非非活跃对象来避免回收错误，即使在有环的情况下也能准确地收集垃圾。即使对象间相互引用形成环状结构，只要从根节点（GC Roots）出发无法到达这些对象，这些对象也会被标记为垃圾并且回收。
一、GC算法的类型及原理
标记-清除算法
标记-清除（Mark-Sweep）算法是最基础的GC算法。它分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。在标记阶段，GC从根集合开始遍历并标记所有可达对象。在清除阶段，清除所有未被标记的对象并释放相应的内存。该算法的缺点是标记和清除过程效率不高，并且清除后会产生大量内存碎片。
接下来的段落会讨论其他GC算法，包括标记-压缩、分代收集、增量收集等，以及详细阐述永久代（PermGen）和元空间（Metaspace）中对象的垃圾回收过程。
二、对象的存活判定机制
引用计数法
在引用计数法中，给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加一；当引用失效时，计数器就减一。引用计数为零的对象即被视为可以回收的垃圾。这种方法的主要问题是无法解决对象之间相互引用形成环的问题。
可达性分析法
可达性分析（Reachability Analysis）是目前主流的JVM使用的方法，它通过一系列称为GC Roots的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference ChAIn），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。这种方法可以有效解决循环引用的问题。
三、分代收集算法
分代假设
分代收集（Generational Collection）算法基于两个经验性的假设：大部分新生对象很快无用、不再使用的对象和长时间存活的对象差异较大。因此，将对象分代，并根据不同代的特点采取相应的收集算法。一般而言，新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除或标记-整理算法。
新生代与老年代
JVM的堆内存被分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），其中新生代进一步划分为一个Eden区和两个Survivor区（通常称为From和To）。新生代对象大量产生且死亡快速，老年代则存放长期生存的对象。
四、垃圾回收器的实现
Serial GC
Serial GC适用于单线程环境，它为新生代使用标记-复制（Mark-Copy）算法，为老年代使用标记-清除-压缩（Mark-Sweep-Compact）算法。它的特点是简单高效，对于内存资源受限且单核处理器的应用来说，是一个不错的选择。
Parallel GC & CMS GC & G1 GC & ZGC & Shenandoah
这些都是高级的垃圾回收器，Parallel GC采用多线程对新生代进行垃圾回收，CMS（Concurrent Markup Sweep）旨在减少应用暂停时间，G1（Garbage-First）适用于大内存的机器，而ZGC（Z Garbage Collector）与Shenandoah则为最新的低暂停时间的垃圾收集器。
五、永久代与元空间中的垃圾回收
永久代（PermGen）的GC
JVM的永久代是存放类信息和方法信息的地方，随着类的加载和卸载，永久代也会发生变化。当类不再被需要时，对应的空间可以被回收。JVM在执行Full GC时会回收永久代空间。但是，随着Java 8的发布，永久代已被逐步淘汰。
元空间（Metaspace）的GC
替代永久代的元空间，用本地内存（Native Memory）存放类信息，与永久代不同，它不在虚拟机内存中而是使用本地内存。因此，其大小受本地内存限制。元空间并不受到Java堆大小的限制，其回收主要涉及卸载类和类加载器。只有在发生Full GC时，Metaspace才会被垃圾回收器清理。
相关问答FAQs：
1. 什么是GC算法，它是如何工作的？
GC算法是垃圾回收算法的简称，它用于自动回收不再使用的内存空间，以避免内存泄漏和系统崩溃。GC算法工作原理是通过检测和标记内存中的活动对象，然后释放那些未被标记的不再使用的对象。常见的GC算法有标记-清除法、复制算法、标记-整理法等。
2. 永久代对象如何进行GC？
永久代是Java虚拟机中用于存储类、方法、常量等的内存区域。在旧版Java虚拟机中，永久代中的对象是不会被GC回收的。然而，随着Java 8的发布，永久代被元空间（Metaspace）取代，永久代中的对象也会被垃圾回收。元空间使用的是本地内存而不是虚拟机堆内存，所以不再面临永久代溢出的问题，GC算法会自动回收不再使用的永久代对象。
3. GC有环怎么处理？
当对象之间形成环状引用时，即互相引用，但又没有被任何外部对象引用时，这就是GC有环的情况。这种情况下，传统的引用计数法无法正确地回收这些对象，因为它们的引用计数不为0。
为了解决这个问题，现代的垃圾回收算法使用了根可达性算法（Root Reachability Algorithm），它通过从程序的根对象开始遍历，找到所有从根对象可达的对象，并将其标记为活动对象。对于没有被标记的对象，则被视为不再使用的垃圾对象，将其回收。通过这种方式，GC可以正确地处理有环的情况，避免内存泄漏。
