GC定義

「GC」是Garbage Collection的縮寫，即回收垃圾，那么「垃圾」指的是什么呢？

當然這里指的不是現實世界的垃圾，在程序世界中垃圾定義為

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程序不用的內存空間視為垃圾

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「GC」需要做的是

?找到內存里面的垃圾回收垃圾，讓內存空間再利用?

指針

在GC 算法中，指針是不可或缺的。我們用星號(*)訪問指針所引用的內存空間。例如：我們把指針「ptr」 指向的對象表示為 *「ptr」。

對象，頭，域

對象和指針

對象和指針

mutator

mutator 是Edsger Dijkstra琢磨出來的詞，有“改變某物”的意思。說到要改變什么，那就是GC 對象間的引用關系。

mutator 實際進行的操作有以下2 種。

• 生成對象
• 更新指針

堆

堆

活動對象與非活動對象

活動對象與非活動對象

最大暫停時間

因執行「GC」 而暫停執行mutator 的最長時間。如下圖，最大暫停時間是A～C 的最大值，也就是B。

GC執行圖

如上圖：假設GC對象的對大小為HEAP_SIZE。在大小為HEAP_SIZE的堆進行內存管理，要花費的時長為(＋＋)。因此，這種情況下GC 的吞吐量為HEAP_SIZE /(A ＋ B ＋ C)。

GC性能評價標準

• 吞吐量
• 最大暫停時間(需要縮短最大暫停時間)
• 堆使用效率(可用的堆越大，GC 運行越快)
• 訪問的局部性

什么是訪問的局部性

另一方面，具有「引用關系的對象之間通常很可能存在連續訪問」的情況。這在多數程序中都很常見，稱為“訪問的局部性”。考慮到訪問的局部性，把具有引用關系的對象安排在堆中較近的位置，就能提高在緩存中讀取到想利用的數據的概率，令mutator高速運行。

垃圾回收算法

GC標記-清除算法

GC 標記- 清除算法由標記階段和清除階段構成。標記階段是把所有活動對象都做上標記的階段。清除階段是把那些沒有標記的對象，也就是非活動對象回收的階段。通過這兩個階段，就可以令不能利用的內存空間重新得到利用。

標記階段

執行GC前堆的狀態

標記階段結束后堆的狀態

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搜索對象進行標記是采用的算法：深度優先搜索，，深度優先搜索比廣度優先搜索更能壓低內存使用量。因此我們在標記階段經常用到深度優先搜索。

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深度優先搜索

深度優先搜索是縱向搜索，如上圖的搜索順序。

清除階段

清除階段結束后堆的狀態

分配

將回收的垃圾進行再利用，需要分配。在清除階段，我們把垃圾對象連接到空閑的鏈表，搜索空閑鏈表并尋找 大小合適的分塊，這項操作就叫作分配。

合并

根據分配策略的不同可能會產生大量的小分塊。但如果它們是連續的，我們就能把所有的小分塊連在一起形成一個大分塊。這種“連接連續分塊”的操作就叫作合并(coalescing)，合并是在清除階段進行的。

位圖標記

只收集各個對象的標志位并表格化，不跟對象一起管理。在標記的時候，不在對象的頭里置位，而是在這個表格中的特定場所置位。像這樣集合了用于標記的位的表格稱為“位圖表格”(bitmap table)，利用這個表格進行標記的行為稱為“位圖標記”。位圖表格的實現方法有多種，例如散列表和樹形結構和整數型數組等。

位圖標記

延遲清除法

清除操作所花費的時間是與堆大小成正比的，如果處理的堆越大，清除算法所花費的時間就越長。

延遲清除法，在標記操作結束后，不一定會進行清除操作，會縮減mutator的暫停時間。

標記清除算法的優缺點

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優點：標記清除算法實現簡單，與其他的的算法組合也就相對簡單；

缺點：標記清楚算法不會移動對象，但容易產生碎片化的空間，造成內存浪費。

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如圖：

上圖的「根」指的是「GC root」，通過「根可達算法」確認是不是垃圾。這里簡單介紹下根可達算法的定義：

從GC Root作為起點開始搜索，那么整個連通圖中對象都是活的，對于GC Root無法達到的對象便是垃圾對象，隨時可被GC回收。

如果我需要3空間的內存，而2空間的內存就存不下。就會被空閑，造成內存浪費。

引用計數法

引用計數法中引入了一個計數器。計數器表示的是對象的引用次數。如果對象引用次數為0，那么這個對象可以被清除。

優缺點

「優點」：可即刻回收垃圾，空間不會被垃圾長久占用。

「缺點」：計數器值的增減處理繁重，計數器也需要占用內存。無法回收循環引用。

GC復制算法

簡單來說，GC復制算法就是把空間里的活動對象復制到其他空間。把原空間里的所有對象都回收掉。如圖所示：

當From空間被占滿時，GC將活動的對象全部復制到To空間。當復制完成后，該算法會將From空間和To空間互換，GC結束。。From 空間和To 空間大小必須一致。這是為了保證能把From 空間中的所有活動對象都收納到To 空間里。

優缺點

優秀的吞吐量，可實現高速分配，不會發生碎片化。

但是復制算法需要把堆進行二等分，只有一半的堆能被使用。造成堆的浪費。還有復制算法在復制某個對象時要遞歸復制它的對象，這里會帶來額外的負擔，有棧溢出的可能。

GC標記壓縮算法

此算法分為標記階段和壓縮階段，標記階段同上面幾種算法的標記功能一樣，我們來說說壓縮階段，分為3步驟：

?設定forwarding 指針更新指針移動對象?

標記壓縮實際上就是將活動的對象xi整理到一邊，盡量的減少碎片化，來看看實際的效果：

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優缺點

可有效利用堆，但是壓縮會有計算成本。

GC主要的回收算法就介紹這么多了，其實際的算法很復雜。有興趣的可以自行研究。

「參考：」

《垃圾回收的算法與實現》 作者: 中村成洋 / 相川光

總結

以上是生活随笔為你收集整理的根可达算法的根_GC垃圾回收算法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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