垃圾回收 - 复制算法

news/2024/7/24 11:31:18 标签: 算法, java, jvm

GC复制算法是Marvin L.Minsky在1963年研究出来的算法。说简单点,就是只把某个空间的活动对象复制到其它空间,把原空间里的所有对象都回收掉。这是一个大胆的想法。在此,我们将复制活动对象的原空间称为From空间,将粘贴活动对象的新空间称为To空间。

1、什么是复制算法

GC复制算法是利用From空间进行分配的。当From空间被完全占满时,GC会将活动对象全部复制到To空间。当复制完成后,该算法会把From空间和To空间互换。GC也就结束了。From空间和To空间大小必须一致。这是为了保证能把From空间中所有活动对象都收纳到To空间里。
在这里插入图片描述

copying(){
	$free = $to_start
	for(r:$roots)
		*r = copy(*r)
	
	swap($from_start, &to_start)
}

2、Copy函数

copy()函数将作为参数给出的对象复制,再递归复制其子对象。

copy(obj){
	if(obj.tag != COPIED)
		copy_data($free,obj,obj.size)
		obj.tag = COPIED
		obj.forwarding = $free
		$free += obj.size
		for(child:children(obj.forwarding))
			*child = copy(*child)
	return obj.forwarding
}			

3、new_obj函数

跟标记清除算法不同,复制算法的分配过程非常简单

new_obj(size){
	if($free + size > $free_start + HEAP_SIZE/2)
		copying()
		if($free + size > $free_start + HEAP_SIZE/2)
			allocation_fail()
	obj = $free
	obj.size = size
	&free += size
	return obj;
}

4、执行过程

4.1初始状态
为了给GC做准备,这里事先将$free指针指向To空间的开头
在这里插入图片描述

4.2 B被复制后
在这里插入图片描述

4.3 A被复制后
在这里插入图片描述

接下来就是按照同样步骤复制G及其子对象E
4.4 GC结束后
在这里插入图片描述

5、优缺点

5.1优点

  1. 优秀的吞吐量
  2. 可实现高速分配
  3. 不会发生碎片化
  4. 与缓存兼容

5.2缺点

  1. 堆使用效率低下
  2. 不兼容保守式GC算法
  3. 递归调用函数

6、Cheney的复制算法

C.J.Cheney于1970年研究出GC算法,相比Fenichel和Yochelson的GC复制算法,Cheney的算法不是简单递归的,而是迭代地进行复制。

copying(){
	scan = $free = $to_start
	for(r:$roots)
		*r = copy(*r)
		
	while(scan != $free)
		for(child : children(scan))
			*child = copy(*child)
		scan += scan.size
	
	swap($from_start, &to_start)
}

6.1 copy函数

copy(obj){
	if(is_pointer_to_heap(obj.forwarding,$to_start) == FALSE)
		copy_data($free,obj,obj.size)
		obj.forwarding = $free
		$free += obj.size
	return obj.forwarding
}			

6.2 执行过程
6.2.1初始状态多引入了一个scan
在这里插入图片描述
6.2.2在cheney算法中,首先复制所有从根直接引用的对象
在这里插入图片描述
6.2.3 然后在所有b和g
在这里插入图片描述

6.3 优缺点
优点:因为该算法是迭代的,所以他可以抑制调用函数额外负担和栈的消耗。特别是拿堆用作队列,省去了用于搜索的内存空间这一点,实在是令人赞叹。
缺点:有引用关系的对象并不相邻,不兼容缓存。当然这是因为他是局域广度优先遍历,我们可以通过修改其搜索算法,利用深度优先遍历来解决这个问题。

7、多空间复制算法

GC复制算法最大的缺点就是只能利用半个堆,这是因为该算法将整个堆分成了两半,每次都要腾出一半来。
多空间复制算法就是把堆N等分,对其中2块空间执行GC复制算法,剩下的N-2块空间执行GC标记清除算法,也就是把这两种算法组合起来使用。

优点:更有效的利用了堆空间
缺点:因为只有两块空间进行了复制算法,剩下的仍然是标记清除算法,因此就会有标记清除算法的固有问题:分配耗费时间,分块碎片化等。


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