什么是垃圾回收

乍一看，垃圾回收所做的事情应当恰如其名——查找并清除垃圾。

其实却恰恰相反。垃圾回收会跟踪全部仍在使用的对象，然后将剩余的对象标记为垃圾。牢记了这点之后，我们再来深入地了解下这个被称为“垃圾回收”的自己主动化内存回收在

JVM

中究竟是如何实现的。

手动管理内存

在介绍现代版的垃圾回收之前，我们先来简单地回想下须要手动地显式分配及释放内存的那些日子。假设你忘了去释放内存，那么这块内存就无法重用了。这块内存被占有了却没被使用。

这样的场景被称之为内存泄露。

以下是用

C

写的一个手动管理内存的简单样例：

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;
}

能够看到，你非常easy就会忘了释放内存。内存泄露以前是个非常普遍的问题。你仅仅能通过不断地修复自己的代码来与它们进行抗争。

因此，须要有一种更优雅的方式来自己主动释放无用内存。以便降低人为错误的可能性。这样的自己主动化过程又被称为垃圾回收（简称

GC

）。

智能指针

自己主动垃圾回收早期的一种实现便是引用计数。

你知晓每个对象被引用了几次，当计数器归

0

的时候，这个对象就能够被安全地回收掉了。

C++

的共享指针就是一个非常著名的样例：

int send_request() {
size_t n = read_size();
shared_ptr<vector<int>> elements
= make_shared<vector<int>>();

if(read_elements(n, elements) < n) {
return -1;
}

return 0;
}

我们使用的

shared_ptr

会记录这个对象被引用的次数。假设你将它传递给别人则计数加一，当它离开了作用域后便会减一。一旦这个计数为

0

，

shared_ptr

会自己主动地删除底层相应的

vector

。

当然这仅仅是个演示样例，由于也有读者指出来了。这个在现实中是不太可能出现的，但作为演示是足够了。

自己主动内存管理

在上面的

C++

代码中。我们还得显式地声明我们须要使用内存管理。那假设全部的对象都採用这个机制会如何呢？那简直就太方便了。这样开发者便无需考虑清理内存的事情了。执行时会自己主动知晓哪些内存不再使用了，然后释放掉它。也就是说，它自己主动地回收了这些垃圾。

第一代的垃圾回收器是

1959

年

Lisp

引入的，这项技术迄今为止一直在不断演进。

引用计数

刚才我们用

C++

的共享指针所演示的想法能够应用到全部的对象上来。很多语言比方说

Perl

,

Python

以及

PHP

，採用的都是这样的方式。

这个通过一张图能够非常easy说明：



绿色的云代表的是程序中仍在使用的对象。从技术层面上来说。这有点像是正在执行的某个方法里面的局部变量，亦或是静态变量之类的。不同编程语言的情况可能会不一样。因此这并非我们关注的重点。

蓝色的圆圈代表的是内存中的对象，能够看到有多少对象引用了它们。灰色圆圈的对象是已经没有不论什么人引用的了。因此，它们属于垃圾对象，能够被垃圾回收器清理掉。

看起来还不错对吧？没错，只是这里存在着一个重大的缺陷。非常easy会出现一些孤立的环。它们中的对象都不在不论什么域内。但彼此却互相引用导致引用数不为

0

。以下便是一个样例：



看到了吧，红色部分其实就是应用程序不再使用的垃圾对象。由于引用计数的缺陷。因此会存在内存泄露。

有几种方法能够解决这一问题。比方说使用特殊的“弱”引用。或者使用一个特殊的算法回收循环引用。

之前提到的

Perl

,

Python

以及

PHP

等语言，都是使用相似的方法来回收循环引用的，只是这已经超出本文讲述的范围了。我们准备具体介绍下

JVM

所採用的方法。

标记删除

首先，

JVM

对于对象可达性的定义要明白一些。它可不像前面那样用绿色的云便含糊了事的，而是有着非常明白及具体的垃圾回收根对象（

Garbage Collection Roots

）的定义：

局部变量

活动线程

静态字段

JNI

引用

其他（后面将会讨论到）

JVM

通过标记删除的算法来记录全部可达（存活）对象，同一时候确保不可达对象的那些内存能够被重用。这包括两个步骤：

标记是指遍历全部可达对象。然后在本地内存中记录这些对象的信息

删除会确保不可达对象的内存地址能够在下一次内存分配中使用。

JVM

中的不同

GC

算法。比方说

Parallel Scavenge

，

Parallel Mark+Copy

，

CMS

都是这一算法的不同实现，仅仅是各阶段略有不同而已。从概念上来讲仍然是相应着上面所说的那两个步骤。

这样的实现最重要的就是不会再出现泄露的对象环了：



缺点就是应用程序的线程须要被暂停才干完毕回收。假设引用一直在变的话你是无法进行计数的。这个应用程序被暂停以便

JVM

能够收拾家务的情况又被称为

Stop The World pause(STW)

。这样的暂停被触发的可能性有非常多。只是垃圾回收应该是最常见的一种。