垃圾回收算法以及垃圾回收器

以下是我們的垃圾收集手冊中的一個示例，該手冊將在接下來的幾周內發布。 同時，花點時間熟悉垃圾收集的基礎知識-這將是本書的第一章。

乍一看，垃圾收集應該處理顧名思義的問題–查找并丟棄垃圾。 實際上，它所做的恰恰相反。 垃圾收集正在跟蹤所有仍在使用的對象，并將其余對象標記為垃圾。 牢記這一點，我們開始深入研究如何為Java虛擬機實現稱為“垃圾回收”的自動內存回收過程。

手動內存管理

在我們以現代形式開始介紹Garbage Collection之前，讓我們快速回顧一下過去，您不得不手動，顯式分配和釋放數據存儲空間。 而且，如果您忘記釋放它，則將無法重用該內存。 該內存將被聲明但未被使用。 這種情況稱為內存泄漏 。

這是一個使用C語言編寫的，使用手動內存管理的簡單示例：

int send_request() {size_t n = read_size();int *elements = malloc(n * sizeof(int));if(read_elements(n, elements) < n) {// elements not freed!return -1;}// …free(elements)return 0; }

如我們所見，忘記釋放內存是很容易的。 內存泄漏曾經是比現在更常見的問題。 您只能通過修復代碼來真正打敗他們。 因此，更好的方法將是自動回收未使用的內存，從而完全消除人為錯誤的可能性。 這種自動化稱為垃圾收集 （或簡稱GC）。

智能指針

自動進行垃圾收集的第一種方法是基于引用計數。 對于每個對象，您只知道它被引用了多少次，并且當計數達到零時，就可以安全地回收該對象。 一個眾所周知的例子是C ++的共享指針：

int send_request() {size_t n = read_size();stared_ptr<vector<int>> elements = make_shared(new vector<int>());if(read_elements(n, elements) < n) {return -1;}return 0; }

我們正在使用的shared_ptr會跟蹤對其的引用數。 此數字隨著您的傳遞而增加，隨著其離開范圍而減小。 一旦引用數量達到零， shared_ptr就會自動刪除基礎向量。

自動內存管理

在上面的C ++代碼中，我們仍然必須明確地說出何時需要進行內存管理。 但是，如果我們可以使所有對象以這種方式表現呢？ 這將非常方便，因為開發人員可能不再需要考慮自己清理。 運行時將自動了解不再使用某些內存，并將其釋放。 換句話說，它會自動收集垃圾 。 1959年，第一個垃圾收集器出現在Lisp那里，從那時起，這項技術才發展起來。

參考計數

我們用C ++的共享指針演示的想法可以應用于所有對象。 許多語言（例如Perl，Python或PHP）都采用這種方法。 最好用圖片來說明：

綠云表示程序員指向的對象仍在使用中。 從技術上講，這些可能是諸如當前正在執行的方法中的局部變量或靜態變量之類的東西。 它可能因編程語言而異，因此在此我們將不再關注。

藍色圓圈是內存中的對象，您可以看到對其的引用數量。 最后，灰色圓圈是未從任何范圍引用的對象。 因此，灰色物體是垃圾，可以由垃圾收集器清理。

這一切看起來真的很好，不是嗎？ 可以，但是整個方法都有很大的缺點。 結束對象的分離循環是很容易的，這些對象都不在范圍內，但是由于循環引用，其引用的計數不為零。 這是一個例子：

看到？ 紅色對象實際上是應用程序不使用的垃圾。 但是由于引用計數的限制，仍然存在內存泄漏。

有一些方法可以克服此問題，例如使用特殊的“弱”引用或應用單獨的算法來收集周期。 提到的語言（Perl，Python和PHP）都以一種或另一種方式處理循環，但這超出了本手冊的范圍。 相反，我們將開始更詳細地研究JVM所采用的方法。

掃一掃

首先，JVM更具體地說明了對象的可訪問性。 與其在前幾章中看到的模糊定義的綠色云，不如我們有一組非常具體和明確的對象，稱為“ 垃圾收集根” ：

• 局部變量
• 活動線程
• 靜態場
• JNI參考
• 其他（稍后將討論）

JVM用于跟蹤所有可到達（活動）對象并確保可重用非可訪問對象聲明的內存的方法稱為標記和清除算法。 它包括兩個步驟：

• 標記正在遍歷所有可到達的對象，并將有關所有此類對象的分類帳保存在本機內存中
• 掃描確保了不可訪問對象占用的內存地址可以在下一次分配中重用。

JVM中的不同GC算法（例如Parallel Scavenge，Parallel Mark + Copy或CMS）在實現這些階段時略有不同，但是從概念上講，該過程仍然類似于上述兩個步驟。

關于此方法，至關重要的一點是周期不再泄漏：

不太好的事情是，需要停止應用程序線程以進行收集，因為如果引用線程一直在變化，那么您就無法真正計數它們。 當應用程序暫時停止以使JVM可以沉迷于家政活動時，這種情況稱為Stop The World暫停 。 它們的發生可能有多種原因，但是垃圾收集是迄今為止最受歡迎的一種。

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翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2015/05/what-is-garbage-collection.html

垃圾回收算法以及垃圾回收器

總結

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