太久沒有更新blog了，慚愧下先，下邊進(jìn)入正題。

      最近在實現(xiàn)一個閹割版的函數(shù)式語言（編譯器已完成，虛擬機(jī)在憋的過程中，之后會發(fā)帖），希望內(nèi)存管理的部分由虛擬機(jī)來完成，而不是由客戶自己折騰，這樣顯然可以降低客戶使用這門語言的難度，比如不需要擔(dān)心內(nèi)存泄漏，減少內(nèi)存運(yùn)用不當(dāng)?shù)腷ug，這里客戶只管放心地一直申請內(nèi)存就行，不再需要手工釋放內(nèi)存（如果讓客戶選擇是否自己釋放都行，會提高難度，起碼得做個平衡樹放著這些申請的內(nèi)存地址便于查找，這里先偷懶）。

      首先講一下虛擬機(jī)的內(nèi)存管理機(jī)制。眾所周知，頻繁地申請和釋放內(nèi)存會大大降低效率，所以我們可以在虛擬機(jī)運(yùn)行一開始的時候就統(tǒng)一申請內(nèi)存，虛擬機(jī)運(yùn)行結(jié)束在統(tǒng)一釋放內(nèi)存。如果中間有某些內(nèi)存已經(jīng)不需要再次使用，繼續(xù)占著茅坑不拉屎是非常不道德的，于是需要對此做點(diǎn)事情，造成內(nèi)存已釋放的“假象”。這里強(qiáng)調(diào)一下，虛擬機(jī)知道哪塊內(nèi)存正在使用、哪塊內(nèi)存不需再用就行了，實際上程序吃的內(nèi)存還是沒有減少。聲明一下，下文提到的申請和釋放內(nèi)存講的都是“假象”。

      如何實現(xiàn)這個機(jī)制呢？本能地想到引用計數(shù)，記錄下到底有多少個對象引用這塊內(nèi)存，如果引用計數(shù)為0就釋放內(nèi)存。后來才意識到引用計數(shù)是行不通的，萬一有環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如一個對象自己引用自己），顯然會造成內(nèi)存泄漏。然后就動了對象池的念頭，如果用這種方法，需要很多個對象池，包括虛擬機(jī)運(yùn)行中的表、堆棧里的各種數(shù)據(jù)類型的對象，這么多個對象池看著很礙眼，于是還是決定實現(xiàn)垃圾收集器。

      下面介紹垃圾收集器的工作機(jī)制。內(nèi)存單元并不會在變成垃圾的同時就立刻被回收，而是保持不可到達(dá)的狀態(tài)，直到內(nèi)存被耗盡或者內(nèi)存分配達(dá)到某個閾值，用戶程序會被掛起，此時才進(jìn)行垃圾收集，也就是先標(biāo)記正在使用的內(nèi)存，再清除垃圾，即內(nèi)存回收。垃圾收集器回收足夠的內(nèi)存后，用戶程序就可以繼續(xù)工作。如國無法恢復(fù)足夠多的內(nèi)存，則拋出異常。

1. 標(biāo)記

      標(biāo)記是為了識別垃圾，依靠對所有存活對象進(jìn)行一次全局遍歷來確定哪些內(nèi)存可以回收。這個遍歷從根出發(fā)（運(yùn)行時的棧和表），利用相互引用關(guān)系，標(biāo)記所有存活對象，除此之外，其他內(nèi)存就是垃圾。這里強(qiáng)調(diào)下，標(biāo)記并不會沿著已經(jīng)被標(biāo)記的單元追蹤下去，這確保了標(biāo)記能夠終止。

2. 縮并

      用戶程序在堆上分配多種大小不同的對象，經(jīng)過標(biāo)記，我們發(fā)現(xiàn)，堆空間變得破碎，如果不擴(kuò)展堆，也許就無法分配一個大型對象，因為找不到一個足夠大的“空洞”容納新的對象 ，即使空閑內(nèi)存的總量是足夠的。還有另外一個問題，經(jīng)過若干個垃圾收集周期后，分配一個小型對象要采用什么算法？首次匹配代價低點(diǎn)，但是會產(chǎn)生更多碎片；最佳匹配產(chǎn)生的碎片少了，但是耗費(fèi)的代價高。這顯然提高了內(nèi)存分配的難度。基于以上的討論，對內(nèi)存進(jìn)行縮并就是自然的事了。即把空閑的內(nèi)存掃到一起，也把正在使用的內(nèi)存掃到一起，這樣就把堆空間分成了兩部分。這樣空閑的內(nèi)存連續(xù)了，也就解決了內(nèi)存碎片的問題。當(dāng)為新對象分配內(nèi)存時，再也不用尋找合適的“空洞”，只需把記錄空閑內(nèi)存的基點(diǎn)后移，大大提高了內(nèi)存分配的效率。

3. 分代收集

      我們先有這樣的假設(shè)：大多數(shù)對象都在年輕的時候死亡，而越老的對象則越不可能死亡。在垃圾收集的過程中，用戶程序是被掛起的，如果對整個堆都進(jìn)行垃圾收集，顯然用戶程序等待的時間是很長的。如果我們能把工作集中在回收最有可能是垃圾的對象上，就能讓內(nèi)存回收的效率更高，對用戶程序的影響更小。

      基于以上假設(shè)，我們需要區(qū)分年輕對象和年老對象。把對象按年齡分到堆中的不同區(qū)域里，其中最年輕的分代會被頻繁地收集，而較老的分代則收集頻率會低得多。對象首先在最年輕的分代里分配，如果它們的壽命足夠長，能夠在足夠多次收集中存活下來（這里就是一次），則會被提升到較老的分代里。這里注意一下，較老的對象可能引用了較年輕的對象，我們?nèi)孕鑼Υ诉M(jìn)行掃描，但是我們現(xiàn)在不必把年老的對象從一個半?yún)^(qū)復(fù)制到另一個半?yún)^(qū)了，將垃圾收集器的努力集中在回收最年輕的分代所占據(jù)的內(nèi)存上，節(jié)省了用戶等待的時間。