标签 gc 下的文章 - Techyou labs

November 27, 2014

垃圾收集算法是个很大的话题。
首先要明确的是，垃圾收集算法和语言不一定是绑定的。比如 Java，不同的 JVM 实现可能采用不同的算法。其次，垃圾收集算法数量庞大，一一列举是不可能的，篇幅所限这里只能给个非常概略的介绍。
如果希望对垃圾收集相关算法有个全景式的了解，请参阅本人的译作，垃圾收集 (豆瓣)。
==== 转入正文的分割线 ====

从各种垃圾收集算法最基本的运行方式来说，大概可以分成三个类型：

1. 引用计数（reference counting）：基本思路是为每个对象加一个计数器，记录指向这个对象的引用数量。每次有一个新的引用指向这个对象，计数器加一；反之每次有一个指向这个对象引用被置空或者指向其他对象，计数器减一。当计数器变为 0 的时候，自动删除这个对象。引用计数的优点是

1）相对简单，不需要太多运行时（run-time）的支持，可以在原生不支持 GC 的语言里实现。
    2）对象会在成为垃圾的瞬间被释放，不会给正常程序的执行带来额外中断。它的死穴是循环引用，对象 A 包含一个引用指向对象 B ，同时对象B 包含一个引用指向对象A，计数器就抓瞎了。另外，引用计数对正常程序的执行性能有影响（每次引用赋值都要改计数器），特别是在多线程环境下（改计数器要加锁同步）。现在仍然主要采用引用计数的例子有Apple 的 ARC，C++ 新标准里的 std::shared_ptr。

2. 标记-清扫（mark-sweep）。基本思路是先按需分配，等到没有空闲内存的时候从寄存器和程序栈上的引用出发，遍历以对象为节点、以引用为边构成的图，把所有可以访问到的对象打上标记，然后清扫一遍内存空间，把所有没标记的对象释放。标记-清扫没有无法处理循环引用的问题，不触发 GC 时也不影响正常程序的执行性能。但它的问题是当内存耗尽触发 GC 时，需要中断正常程序一段时间来清扫内存，在内存大对象多的时候这个中断可能很长。采用或者部分采用标记-清扫的例子非常多，不一一列举了。

3. 节点复制（copying）。基本思路是把整个内存空间一分为二，不妨记为 A 和 B。所有对象的内存在 A 中分配，当 A 塞满的时候，同样从寄存器和程序栈上的引用出发，遍历以对象为节点、以引用为边构成的图，把所有可以访问到的对象复制到 B 去，然后对调 A 和 B 的角色。相对于标记-清扫，节点复制的主要缺点是总有一半空间空闲着无法利用，另一个比较隐晦的缺点是它使用内存的方式与现有的内存换页、Cache 换入换出机制有潜在的冲突。但它有个很大的优点： 所有的对象在内存中永远都是紧密排列的，所以分配内存的任务变得极为简单，只要移动一个指针即可。对于内存分配频繁的环境来说，性能优势相当大。另外，由于不需要清扫整个内存空间，所以如果内存中存活对象很少而垃圾对象很多的话（有些语言有这个倾向），触发 GC 造成的中断会小于标记-清扫。同样的，采用或者部分采用节点复制的例子也非常多，不一一列举了。==== 基本算法介绍完毕的分割线 ====以上三种基本算法各有优缺点，也各有许多改进的方案。目前工程实践上最为成功的方案应该要算分代（generational）垃圾收集。它的基本思路是这样的：程序中存在大量的临时对象，分配出来之后很快就会被释放，而同时如果一个对象分配出来之后相当长的一段时间内都没回收，那么极有可能它的生命周期很长，尝试收集它会是无用功。所以可以把内存有意识地按“对象年龄”分成若干块，不妨记为老中青（XD），所有的分配都在青代进行，青代塞满只对青代做 GC，然后把存活下来的对象移动到中代，直到中青代都塞满，再把存活下来下来的对象移动到老代 —— 这只是个思路上的例子，实践中分代式垃圾收集算法的方案五花八门，而且常常同时使用了不止一种基本算法（比如青代用节点复制，老代用标记清扫啥的）。

作者：谢之易
链接：https://www.zhihu.com/question/20018826/answer/28892543
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

继续阅读