垃圾回收原来是这么回事

　　最近想复习一下JVM的知识。然后发现网上不少文章在写JVM的垃圾回收算法时，都比较偏向于具体实现，而少有站在更高角度来看垃圾回收算法的文章。而我本人想对垃圾回收算法有个全景的认识，所以，就找到了这本《垃圾回收的算法与实现》（以下简称《垃圾回收》）。本篇博客就是尝试对“全景”的总结。

　　以下为方便讨论，垃圾回收缩写成GC。

　　为什么要有GC

　　我时而听到C++程序员说我们是被GC惯坏了的一代。的确是这样的，我本人在学习GC算法时，大脑里第一问题就是为什么需要GC这样的东西。说明我已经认为GC是理所当然了。

　　总的一句话：没有GC的世界，我们需要手动进行内存管理，而手动内存管理是纯技术活，又容易出错。

　　既然我们写的大多程序都是为了解决现实业务问题，那么，我们为什么不把这种纯技术活自动化呢？但是自动化，也是有代价的。 这是我的个人理解，不代表John McCarthy本人的理解。

　　“垃圾”的定义

　　首先，我们要给个“垃圾”的定义，才能进行回收吧。书中给出的定义：把分配到堆中那些不能通过程序引用的对象称为非活动对象，也就是死掉的对象，我们称为“垃圾”。

　　GC的定义

　　因为我们期望让内存管理变得自动（只管用内存，不管内存的回收），我们就必须做两件事情： 1. 找到内存空间里的垃圾；2. 回收垃圾，让程序员能再次利用这部分空间 。（《垃圾回收》 P2）只要满足这两项功能的程序，就是GC，不论它是在JVM中，还是在Ruby的VM中。

　　但这只是两个需求，并没有说明GC应该何时找垃圾，何时回收垃圾等等更具体的问题，各类GC算法就是在这些更具体问题的处理方式上施展手脚。

　　GC的历史

　　John McCarthy身为Lisp之父和人工智能之父，同时，他也是GC之父。1960年，他在其 论文中首次发布了GC算法（其实是委婉的提出）。

• 标记-清除算法 由John McCarthy在1960年提出
• 引用计数法 由George E. Collins在1960年提出。此算法会有循环引用问题， Harold McBeth 1963年指出。
• 复制算法 由Marvin L. Minsky在1963年提出

　　《垃圾回收》的作者认为：

从50年前GC算法首次发布以来，众多研究者对其进行了各种各样的研究，因此许多GC算法也得以发布。但事实上，这些算法只不过是把前文中提到的三种算法进行组合或应用。也可以这么说，1963年GC复制算法诞生时，GC的根本性内容就已经完成了。（《垃圾回收》 P4）

　　那我们常常听说的分代垃圾回收又是怎么回事？作者是这样说的：人们从众多程序案例中总结出了一个经验：“大部分的对象在生成后马上就变成了垃圾，很少有对象能活得很久”。分代垃圾回收利用该经验，在对象中导入了“年龄”的概念，经历过一次GC后活下来的对象年龄为1岁。（垃圾回收》 P141）

分代垃圾回收中把对象分类成几代，针对不同的代使用不同的GC算法，我们把刚生成的对象称为新生代对象，到达一定年龄的对象则称为老年代对象。（《垃圾回收》 P142）

　　好了，这下我总算知道为什么要分代了，我的总结是： 将对象根据存活概率进行分类，对存活时间长一些的对象，可以减少扫描“垃圾”的时间，以减少GC频率和时长。 根本思路就是对对象进行分类，才能针对各个分类采用不同的垃圾回收算法，以对各算法进行扬长避短。

　　留一个问题给读者：我们知道分代垃圾回收所采用的堆结构是：

　　为什么新生代空间要分成“生成空间”和“幸存空间”，而幸存空间又分成两块大小相等的幸存空间1，幸存空间2?

　　这些GC算法共同解决的问题

　　上面我们说了，GC的定义只给出了需求，三种算法都为实现这个需求，那么它们总会遇到共同要解决的问题吧？ 我尝试总结出：

• 如何分辨出什么是垃圾？
• 如何、何时搜索垃圾？
• 如何、何时清除垃圾？

　　这样，只要涉及到垃圾回收，我就可以从这2点需求，3个共同问题（两点三共）出发来讨论、学习。

　　如何评价GC算法？

　　如果没有评价标准，我们当然无法评估这些GC算法的性能。作者给出了4个标准：

• 吞吐量: 单位时间内的处理能力
• 最大暂停时间：GC执行过程中，应用暂停的时长。较大的吞吐量和较短的最大暂停时间不可兼得
• 堆的使用效率：就是堆空间的利用率。可用的堆越大，GC运行越快；相反，越想有效地利用有限的堆，GC花费的时间就越长。
• 访问的局部性：把具有引用关系的对象安排在堆中较近的位置，就能提高在缓存中读取到想利用的数据的概率。

　　好吧。两点三共，四标~

　　小结

　　搞清楚为什么要GC，要实现GC都要解决什么问题，而各类算法又是怎么解决的，最后怎么评价这些算法。GC原来是这么回事。

　　但是这不是GC的全部。但是提供我一个思考GC的思考框架。

　　以上就是《垃圾回收的算法与实现》的读书笔记。如果想更深入，可以阅读《垃圾回收算法手册：自动内存管理的艺术》。