《垃圾回收的算法与实现》——GC标记-清除算法

基本算法

• 标记-清除算法由 标记阶段 和 清除阶段 构成。
• 标记即将所有活动的对象打上标记。
• 清除即将那些没有标记的对象进行回收。

标记与清除

• 遍历GC root引用，递归标记(设置对象头中的标志位)对象。
• 标记时如果标志位表示已经标记过则可以跳过。
• 遍历对象有深度优先与广度优先两种算法，其搜索的步骤数一致，而深度优先的内存使用量更小，因此一般使用深度优先。
• 清除阶段将再次遍历堆，未标记的对象加入到空闲链表中，标记的对象则去除标记。

分配与合并

• 分配指mutator(Application)申请分块时获取内存块的过程。
• 分配即通过搜索空闲链表，找到一个大小合适的块。分配测量有如下：
  • First-fit，找到第一个大于要求大小的块即返回。
  • Best-fit，找到比要求大小大的最小块。
  • Worst-fit，找出最大的块将其分割成要求大小块和剩余的，一般不使用(容易产生碎片)
• 对于内存中连续的垃圾可以对其进行合并，减少碎片。

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优缺点

优点

1. 算法实现简单。
2. 与保守式GC算法兼容(对象不能被移动)。

缺点

1. 碎片化。
2. 分配速度慢，每次分配需要遍历空闲链表。
3. 与写时复制(copy-on-write)冲突，因为做GC时需要将对象头进行标记，这将导致大量的数据发生复制。
4. STW(Stop-The-World)长，两个阶段均要遍历整个堆。

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改进

多个空闲链表

针对分配速度慢

• 根据块的大小建立不同的空闲链表，相同大小的块链接到相同链表中。
• 由于对于大块的申请比较少，因此主要针对小块建立链表，对于大块的可以都在同一个链表中，如大于2-100的分别建立各自大小的链表而大于100的都写入一个大块链表。

BiBOP

针对碎片化

• 原理：将大小相近的对象整理成固定大小的块进行管理。
• 把堆分割成固定大小的块，让每个块只能配置同样大小的对象。
• 但是并不能很好的消除碎片化，如果对堆的分隔没控制好反而可能导致堆的利用率。

位图标记

针对写时复制

• 由于GC过程需要修改对象中属性导致写时复制不兼容，因此指收集各个对象的标志位并表格化。
• 将堆中的对象与位图对应上，而后通过位图的标志代表堆中对象的标志。
• 优点：
  • 兼容写时复制
  • 清除阶段可以快速的去除标记。

延迟清除法

针对STW过长

• 延迟清除法(Lazy-Sweep)是缩减清除操作而导致的mutator STW的方法。
• 标记结束后不做清除操作而是在分配操作中进行。
• 在分配时，从上次遍历结束的地方开始使用First-fit查找块，如果找不到返回NULL，此时进行标记阶段而后再次进行First-fit查找。还找不到则分配失败。