GC标记-清除算法（Mark Sweep GC）

GC标记-清除算法（Mark Sweep GC）

GC算法是对堆空间进行的内存管理，一般堆空间会按内存分配成大小相等的块，并用链表串连起来，比如free_list表示可用空间。
标记清除算法主要有两部分即标记和清除，实现垃圾回收，但垃圾回收之外，还有对应的内存分配，以及垃圾回收后的碎片整理等。

gc(){
    mark()
    sweep()
}

标记阶段：mark()函数是会对根对象进行遍历，实现活动的对象的标记，即标记说话费的时间与活动对象的总数成正比;mark时时，对象的搜索主要有dfs和bfs，但dfs所用的内存空间较少一半用dfs。

什么样的对象是活动的？
根对象下所有包含的对象，即整个结构下都有记录，这样的对象时活动的；对于没有记录的对象，即对于程序而言是不会再用到的，这样的对象就是可回收的垃圾。
所以，对于有gc的语言，我们不需要进行动态空间的回收处理，当我们不需要时，即没有记录了，gc算法会自动处理。

清除阶段：sweep()函数，遍历所有的对，回收为标记的对象（垃圾），取消活动对象的标记，为下次mark即gc刷新；清除所花费的时间和堆的大小成正比。

要注意的是
gc是在程序运行中的一段时间进行的，所以垃圾回收会暂停一会程序，如何减少这个暂停时间，或者降低暂停时间对程序的影响，也是gc算法的一个评价指标。

合并：该操作是在清除阶段进行的，因为清除，是遍历堆进行的，空闲链表按地址顺序进行的，所以当回收的对象空间与空闲链表的尾部相连，则可以合并，为后续的分配提供较大的块。

分配：是对回收回来的空闲链表的利用，这根我们操作系统中学习的动态内存的分配方式相似，主要的分配算法有：最优（Best-fit），最差(Worst-fit)，最先分配(First-fit)；各种分配算法，主要的评价标注，就是其带来的内外碎片问题。最优即是，在空闲链表上找到满足分配要求的最小块；最差即找出空闲聊表的最大分块；最先是在空闲链表上，找到第一个满足的块。单纯考虑分配时间时，选择最先分配。

几种分配算法的优缺点
最差分配算法，可能将造成无大块的情况；最优分配，是选择最佳块后，会分割出许多较小的块，这些是很难再利用到的；一般首次分配，通常表现较好。
参考：常见内存分配算法：首次适应算法（FirstFit）循环首次适应算法（NextFit）最佳适应算法（BestFit）最坏适应算法（WorstFit）

以上，是gc标记清除算法的大体过程，是有很多问题的
优点：标记-清除算法实现简单，甚至可以和其他GC算法相结合；与保守式GC算法兼容（即，不会移动对象）
缺点：碎片化，该算法在使用过程中，会逐渐产生被细化的分块，改进BiBOP算法的目的就是解决碎片化；分配速度，该算法中的分块不是连续的，因此每次分配都要遍历空闲链表，改进多个空链链表和BiBOP算法的目的就是提高分配速度；与写实复制技术不兼容，主要原因是该算法会不断的标记对象（即，写内存），这样如果在写实复制系统下，就会不断的复制共享内存到私有空间，与写时复制的读多写少的场景恰好相反。后边的位图标记算法可以解决该问题。

几个改进

多个空闲链表：改进空闲表
主要是修改了free_list的管理方式，原来是直接将空闲的块串连起来，现在分为2，3，4，等的块大小即有多个空闲链表，当需要时去对应的链表中找到空闲块分配即可。这里有个问题就是分成多少个链表，以每个链表中的块多大，程序中一半较大的块使用很少，所以没必要太大，另外可考虑内存动态分区中的，多链表分配的方式，即按2的指数分配。

BiBOP: 改进内存管理，包括空闲表
Big Bag of Pages,其思想是将大小相近的对象整理成固定大小的块进行管理。把堆分成固定大小的块，让每个块只能配置同样大小的对象。这样管理可提高mutator速度，因为这里的块不会出现大小不均的块，但BiBOP并不能完全消除碎片，比如固定大小的多个块，但程序并没有那么多大小的对象，所以反而会降低堆的使用效率。
如全部用于2个字的块中，只用2个活动对象，这是就不是有效利用堆了。

位图标记法（bitmap marking):改进标记操作
使用位图表，每个bit表示对中的一个字，这样遍历所有对象时，标记操作在位图表中。
其优点是与写时复制技术兼容，因为bitmap表很小，所以也就不怕多次复制了；清除操作更高效，将未标记的对象所占空间回收到空闲表上，另直接将bitmap置0，清除阶段不会像之前遍历整个堆，现在是遍历bitmap即可。
需要注意的是多个堆下，对象地址不连续，无法单纯的用位运算求出标志位的位置。

bitmap不是直接用来分配内存的
bitmap只是用表标记某个对象是否是多动的，即1，连续对象之间的0有用吗？没用；
其清除操作仍然是要遍历对象的链表的，并回收其中为标记的对象空间，到空闲链表上；
其分配操作是在空闲链表上进行的，这里的bitmap只是标记管理，与对象内存的分配其实无关。
另，对象空间是有元数据的，会将对象串连起来，方便回收操作。

延迟清除法：改进清除操作
缩减因清除操作而导致的mutator最大暂停时间的方法。在标记操作后，不会一并进行清除操作，如其字面意思，会延迟清除，清除动作发生在为对象分配块时。

new_obj(size){
    chunk=lazy_sweep(size)//在空闲链表中找到满足size要求的块
    if(chunk!=NUll)return chunk
    
    chunk=lazy_sweep(size)//未找到满足的块，则要进行清理，再次找块
    if(chunk!=NUll)return chunk
    
    allocation_fail()
}
lazy_sweep(size){
    while($sweepling<$heap_end)
      if ($sweeping.mark==True)
        $sweeping.mark=False
      else if($sweeping.size>=size)
        chunk=$sweeping //从空闲链表中找到满足的
        $sweeping+=$sweeping.size
        return chunk  //在垃圾中找到满足的，即回收阶段
      $sweeping+=$sweeping.size
    $sweeping=$heap_start
    return NULL
}

这里的$sweeping是全局变量，所以第一在找块时，会清理垃圾，但却是在空闲链表中找；第二次因为第一位找到，第一次完整的清理了垃圾，第二次则是在垃圾中找满足的

但，延时清除算法不是均衡的，当垃圾变成了垃圾堆，活动对象编程了活动对象堆，在清除垃圾堆较多的部分时，能马上多的分块，所以可以减少mutator的暂停时间，但清除活动进入到活动对象周围，就无法获得分块了，这时就会增加暂停时间。

以上内容为读书笔记，资料《垃圾回收的算法与实现》。