最近想複習一下JVM的知識。然後發現網上不少文章在寫JVM的垃圾回收算法時，都比較偏向於具體實現，而少有站在更高角度來看垃圾回收算法的文章。而我本人想對垃圾回收算法有個全景的認識，所以，就找到了這本《垃圾回收的算法與實現》（以下簡稱《垃圾回收》）。本篇博客就是嘗試對“全景”的總結。
以下爲方便討論，垃圾回收縮寫成GC。
爲什麼要有GC
我時而聽到C++程序員說我們是被GC慣壞了的一代。的確是這樣的，我本人在學習GC算法時，大腦裏第一問題就是爲什麼需要GC這樣的東西。說明我已經認爲GC是理所當然了。
總的一句話：沒有GC的世界，我們需要手動進行內存管理，而手動內存管理是純技術活，又容易出錯。
既然我們寫的大多程序都是爲了解決現實業務問題，那麼，我們爲什麼不把這種純技術活自動化呢？但是自動化，也是有代價的。這是我的個人理解，不代表John McCarthy本人的理解。
“垃圾”的定義
首先，我們要給個“垃圾”的定義，才能進行回收吧。書中給出的定義：把分配到堆中那些不能通過程序引用的對象稱爲非活動對象，也就是死掉的對象，我們稱爲“垃圾”。
GC的定義
因爲我們期望讓內存管理變得自動（只管用內存，不管內存的回收），我們就必須做兩件事情： 1. 找到內存空間裏的垃圾；2. 回收垃圾，讓程序員能再次利用這部分空間 。（《垃圾回收》 P2）只要滿足這兩項功能的程序，就是GC，不論它是在JVM中，還是在Ruby的VM中。
但這只是兩個需求，並沒有說明GC應該何時找垃圾，何時回收垃圾等等更具體的問題，各類GC算法就是在這些更具體問題的處理方式上施展手腳。
GC的歷史
John McCarthy身爲Lisp之父和人工智能之父，同時，他也是GC之父。1960年，他在其論文中首次發佈了GC算法（其實是委婉的提出）。
- 標記-清除算法 由John McCarthy在1960年提出
- 引用計數法 由George E. Collins在1960年提出。此算法會有循環引用問題，Harold McBeth 1963年指出。
- 複製算法 由Marvin L. Minsky在1963年提出
《垃圾回收》的作者認爲：
從50年前GC算法首次發佈以來，衆多研究者對其進行了各種各樣的研究，因此許多GC算法也得以發佈。但事實上，這些算法只不過是把前文中提到的三種算法進行組合或應用。也可以這麼說，1963年GC複製算法誕生時，GC的根本性內容就已經完成了。（《垃圾回收》 P4）
那我們常常聽說的分代垃圾回收又是怎麼回事？作者是這樣說的：人們從衆多程序案例中總結出了一個經驗：“大部分的對象在生成後馬上就變成了垃圾，很少有對象能活得很久”。分代垃圾回收利用該經驗，在對象中導入了“年齡”的概念，經歷過一次GC後活下來的對象年齡爲1歲。（垃圾回收》 P141）
分代垃圾回收中把對象分類成幾代，針對不同的代使用不同的GC算法，我們把剛生成的對象稱爲新生代對象，到達一定年齡的對象則稱爲老年代對象。（《垃圾回收》 P142）
好了，這下我總算知道爲什麼要分代了，我的總結是： 將對象根據存活概率進行分類，對存活時間長一些的對象，可以減少掃描“垃圾”的時間，以減少GC頻率和時長。根本思路就是對對象進行分類，才能針對各個分類採用不同的垃圾回收算法，以對各算法進行揚長避短。
留一個問題給讀者：我們知道分代垃圾回收所採用的堆結構是：
爲什麼新生代空間要分成“生成空間”和“倖存空間”，而倖存空間又分成兩塊大小相等的倖存空間1，倖存空間2?
這些GC算法共同解決的問題
上面我們說了，GC的定義只給出了需求，三種算法都爲實現這個需求，那麼它們總會遇到共同要解決的問題吧？ 我嘗試總結出：
- 如何分辨出什麼是垃圾？
- 如何、何時搜索垃圾？
- 如何、何時清除垃圾？
這樣，只要涉及到垃圾回收，我就可以從這2點需求，3個共同問題（兩點三共）出發來討論、學習。
如何評價GC算法？
如果沒有評價標準，我們當然無法評估這些GC算法的性能。作者給出了4個標準：
- 吞吐量: 單位時間內的處理能力
- 最大暫停時間：GC執行過程中，應用暫停的時長。較大的吞吐量和較短的最大暫停時間不可兼得
- 堆的使用效率：就是堆空間的利用率。可用的堆越大，GC運行越快；相反，越想有效地利用有限的堆，GC花費的時間就越長。
- 訪問的局部性：把具有引用關係的對象安排在堆中較近的位置，就能提高在緩存中讀取到想利用的數據的概率。
好吧。兩點三共，四標~
小結
搞清楚爲什麼要GC，要實現GC都要解決什麼問題，而各類算法又是怎麼解決的，最後怎麼評價這些算法。GC原來是這麼回事。
但是這不是GC的全部。但是提供我一個思考GC的思考框架。
以上就是《垃圾回收的算法與實現》的讀書筆記。如果想更深入，可以閱讀《垃圾回收算法手冊：自動內存管理的藝術》。
作者：翟志軍
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