Garbage Collection

[wangning0]

垃圾回收

序

GC的定义

GC 是 Garbage Collection的简称，也就是垃圾回收

垃圾的回收

在GC中，垃圾指的是程序不用的内存空间

GC主要做的两件事：

• 找到内存空间的垃圾
• 回收垃圾，让程序员再次利用这部分空间

算法篇

GC的基本概念

• 对象／头／域

  在GC的世界里，对象表示的是通过应用程序利用的数据的集合

  对象配置在内存空间里，GC把配置好的对象进行移动或销毁操作，因此，对象是GC的基本单位。

  一般来说，对象由头和域构成

  • 头

    将对象中保存对象本身信息的部分称为”头“

    • 对象的大小
    • 对象的种类

    如果不清楚对象的大小和种类，就会发生问题，无法判别内存中存储的对象的边界等

    对于不同的GC算法，头里面提供的信息也是不同的

  • 域

    对象使用者在对象中可访问的部门称为“域”，对象使用者会引用或替换对象的域值。另一方面，对象使用者基本上无法直接改变头的信息

    域中的数据类型大致分为以下两种

    • 指针
    • 非指针

    

• 指针

通过GC，对象会被销毁或保留，这时候起到关键作用的就是指针，因为GC是根据对象的指针指向去搜寻其他对象的，GC对于非指针不进行任何操作

指针如果指向的对象首地址以外的部分，GC就会变得非常复杂，在大多数语言处理程序中，指针都默认指向对象的首地址

B和C称为A的子对象，对某个对象的子对象进行某项处理是GC的基本操作

• mutator

  mutator，是“改变某物”的意思，那要改变什么呢？ 那就是GC对象间的引用关系，它的实体就是“应用程序”
  mutator进行的实际操作：

  • 生成对象
  • 更新指针

  mutator在进行这些操作时，会同时为应用程序的用户进行一些处理，随着这些处理的增加，对象间的引用关系也会发生“改变”，随之，也会产生垃圾，负责回收这些垃圾的机制就是GC

• 堆

  堆值得是用于动态（也就是执行程序时）存放对象的内存空间，当mutator申请存放对象时，所需的内存空间就会从这个堆中分配给mutator

  GC时管理堆中已分配对象的机制，在开始执行mutator前，GC要分配用于堆的内存空间，一旦开始执行mutator，程序就会按照Mutator的要求在堆中存放对象，等到堆被对象占满之后，GC就会启动，从而分配可用空间，如果不能分配足够的可用空间，就要扩大堆

• 活动对象／非活动对象

  活动对象：我们将分配到内存空间中的对象中那些能通过mutator引用的对象

  非活动对象：把分配到堆中哪些不能通过程序引用的对象称为"非活动对象"，也就是我们称作的“垃圾”

  死了的对象不可能活过来，因为就算用mutator重新引用已经死掉的对象，我们也没有办法通过mutator找到它

  因此，GC会保留活动对象，销毁非活动对象，当销毁非活动对象时，其原本占据的内存空间就会得到释放，供下一个要分配的新对象使用

  

• 分配

  分配指的是在内存空间中分配对象，当mutator需要新对象时，就会向分配器申请一个大小合适的空间，分配器则在堆的可用空间中找寻满足要求的空间，返回给Mutator

  当堆被所有活动对象占满时，就算运行GC也没有办法分配可用空间，有两个选择

  • 销毁至今为止的所有计算结果，输出错误信息
  • 扩大堆，分配可用空间

• 分块

  分块在GC的世界里指的是利用对象而事先准备出来的空间

  初始状态下，堆被一个大的分块所占据，然后程序会根据mutator的要求把这个分块分割成合适的大小，作为活动对象使用，活动对象不久后被转换为垃圾被回收，然后可能又再次成为分块，为下次利用做准备

• 根

  根，在GC的世界里，是指向对象的指针的起点部分

• 评价标准

  评价GC算法的性能时，采用下面4个方法：

  • 吞吐量

    指的是单位时间内的处理能力，
    

    在mutator整个执行过程中，GC启动了3次，而且以GC为对象的堆大小是HEAP_SIZE,所以GC的吞吐量为HEAP/(A+B+C)

    GC复制算法只检查活动对象，而GC标记-清除算法则会检查所有的活动和非活动对象

  • 最大暂停时间

    所有的GC算法都会在GC执行过程中令mutator暂停执行，最大暂停时间指的是因执行GC而暂停执行mutator的最长时间，上图中的最大暂停时间就是B

  • 堆使用效率

    可用的堆越大，GC运行越快，越想有效的利用有限的堆，GC话费的时间就越长

  • 访问的局部性

    由于寄存器和缓存的存储容量小，所以一般我们会把数据放在内存里，当CPU访问数据时，仅把使用的数据从内存读取到缓存中，与此同时，还将它附近的所有数据都读区到缓存中，从而压缩读取数据所需要的时间

    由于“访问局部性”的原因，会把具有引用关系的对象安排在堆中较劲的位置。

GC标记-清除算法