가비지 컬렉션Garbage Collection이란, 시스템에서 더 이상 사용하지 않는 동적 할당된 메모리 블럭 혹은 개체를 찾아 자동적으로 다시 사용 가능한 자원으로 회수하는 것을 말한다. 시스템에서 가비지 컬렉션을 수행하는 부분을 가비지 컬렉터Garbage Collector라고 하며, 최초의 가비지 컬렉터는 1958년에 존 매카시(John McCarthy)에 의해 리습(Lisp) 언어의 일부로 구현되었다.
일반적인 가비지 컬렉터 알고리즘(Algorithm)은 다음과 같이 동작한다.
1. 더 이상 프로그램에서 사용하지 않을 Object를 찾아낸다.
2. 해당 개체가 사용하는 리소스를 회수한다.
그러나 실제로 어떤 Object가 마지막으로 사용되었고, 따라서 더 이상 사용되지 않을 것이란 사실을 알아내기는 일반적으로 불가능하다. 프로그램에 앞으로 주어질 입력을 무시하더라도 특정 개체가 유효한지 알아내는 일반적인 알고리즘은 없다. 따라서 더 이상 프로그램에서 사용하지 않을 개체를 찾아내기 위해서 가비지 컬렉터(Garbage Collector)는 매우 확실하고 보수적인 방법을 사용하는데, 그것은 해당 개체를 참조할 수 있는 방법이 있는가를 알아내는 것이다. 프로그램에서 어떤 개체에 접근할 방법이 없는 이상 그 개체는 더 이상 누구도 사용할 수 없고, 따라서 그 개체는 유효하지 않다고 판단하는 것이다.
이것이 현재 구현되어 있는 가비지 컬렉터들이 사용하는 보편적인 전략이고, 이런 방법으로 참조 불가능한 개체를 회수하는 가비지 컬렉터를 트레이싱 가비지 컬렉터Tracing Garbage Collector라고 부른다. 레퍼런스 카운트Reference Count 역시 가비지 컬렉션의 일종으로 볼 수도 있지만 좁은 의미로 가비지 컬렉터라는 단어를 사용할 때는 트레이싱 가비지 컬렉터만을 의미하기 한다. 개체 간의 참조 관계를 살펴보고 참조할 수 없는 개체를 살펴보기 위해서 가비지 컬렉터는 개체 내의 포인터 레이아웃을 알 필요가 있고, 따라서 프로그래밍 언어에 통합되어 있는 경우가 많다.
가비지 컬렉션을 도입했을 때 가장 눈에 띄는 장점 중 하나는 가비지 컬렉션이 메모리 릭(Memory Leak)이나 이중 해제(Double Free), 너무 빠른 해제(Premature Free)와 같이 수정하기 까다롭지만 저지르기는 쉬운 실수에 대한 강력한 방어 수단이 된다는 점이다. 이런 실수를 했을 때 프로그램이 어떤 문제를 일으킬 지, 또 언제 이런 문제가 발생할 지를 웬만해서는 알 수 없기 때문에 이 두 가지 버그들은 다른 일반적인 버그보다 대처하기가 어렵고, 그렇기 때문에 실제로 개발자들이 이런 버그들을 찾아내는 데 도움을 주는 작업만을 전문적으로 수행하는 도구(Compuware BoundsChecker, Rational Purify 등)가 많이 있다. 결과적으로 가비지 컬렉션은 이런 문제가 일어났을 때 추적하는 노력을 제거할 뿐 아니라 프로그램의 복잡도(Complexity)를 낮추기 때문에 전체적인 생산성에도 긍정적인 영향을 준다.