Java理论与实践: 垃圾收集简史 - 编程入门网

不管选择什么算法，硬件和软件的发展使垃圾收集更具有实用性。20 世纪 70 和 80 年代的经验研究表明，对于大型 Lisp 程序，垃圾收集消耗 25％ 到 40％ 的运行时。垃圾收集还不能做到完全不可见，这肯定还有很长的路要走。

基本算法

所有垃圾收集算法所面临的问题是相同的 ―― 找出由分配器分配的，但是 用户程序不可到达的内存块。不可到达是什么意思？可以以两种方式之一访问内 存块 ―― 或者用户程序在 根 (root)中有对这一内存块的引用，或者在另一个 可到达的块中有对这个块的引用。在 Java 程序中，根是对静态变量中或者活跃 的堆栈框架上的本地变量中所包含的对象的引用。可到达的对象集是指向关系下 根集的传递闭包。

Java理论与实践: 垃圾收集简史(2)

引用计数

最直观的垃圾收集策略是引用计数。引用计数很简单，但是需要编译器的重 要配合，并且增加了赋值 函数 (mutator)的开销（这个术语是针对用户程序的 ，是从垃圾收集器的角度来看的）。每一个对象都有一个关联的引用计数 ―― 对该对象的活跃引用的数量。如果对象的引用计数是零，那么它就是垃圾（用户 程序不可到达它），并可以回收。每次修改指针引用时（比如通过赋值语句）， 或者当引用超出范围时，编译器必须生成代码以更新引用的对象的引用计数。如 果对象的引用计数变为零，那么运行时就可以立即收回这个块（并且减少被回收 的块所引用的所有块的引用计数），或者将它放到迟延收集队列中。

许多 ANSI C++ 库类，比如 string ，使用了引用计数来提供垃圾收集的特 性。通过重载赋值操作符并利用 C++ 作用域提供的确定性结束，C++ 程序可以 将 string 类当成是被收集的垃圾那样使用。引用计数很简单，很适用于增量收 集，收集过程一般会得到好的引用区域性，但是出于几个理由，它很少在生产垃 圾收集器中使用，如它不能回收不可到达的循环结构（彼此直接或者间接引用的 几个对象，如循环链接的列表或者包含指向父节点的反向指针的树）。

跟踪收集器

JDK 中的标准垃圾收集器都没有使用引用计数，相反，它们都使用某种形式 的 跟踪收集器 (tracing collector)。跟踪收集器停止所有工作（尽管不需要 在收集的整个过程中都这样）并开始跟踪对象，从根集开始沿着引用跟踪，直到 检查了所有可到达的对象。可以在程序注册表中、每一个线程堆栈中的（基于堆 栈的）局部变量中以及静态变量中找到根。

标记-清除收集器

最早由 Lisp 的发明人 John McCarthy 于 1960 年提出的最基本的跟踪收集 器形式是 标记―清除收集器，它停止所有工作，收集器从根开始访问每一个活 跃的节点，标记它所访问的每一个节点。走过所有引用后，收集就完成了，然后 就对堆进行清除（即对堆中的每一个对象进行检查），所有没有标记的对象都作 为垃圾回收并返回空闲列表。图 1 展示了垃圾收集之前的堆，阴影块是垃圾， 因为用户程序不能到达它们：

图 1. 可到达和不可到达的对象

标记-清除实现起来很简单，可以容易地回收循环的结构，并且不像引用计数 那样增加编译器或者赋值函数的负担。但是它也有不足 ―― 收集暂停可能会很 长，在清除阶段整个堆都是可访问的，这对于可能有页面交换的堆的虚拟内存系 统有非常负面的性能影响。

标记-清除的最大问题是，每一个活跃的（即已分配的）对象，不管是不是可 到达的，在清除阶段都是可以访问的。因为很多对象都可能成为垃圾，这意思着 收集器花

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