太久沒(méi)有更新blog了，慚愧下先，下邊進(jìn)入正題。

      最近在實(shí)現(xiàn)一個(gè)閹割版的函數(shù)式語(yǔ)言（編譯器已完成，虛擬機(jī)在憋的過(guò)程中，之后會(huì)發(fā)帖），希望內(nèi)存管理的部分由虛擬機(jī)來(lái)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(mén)語(yǔ)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(qǐng)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(huì)提高難度，起碼得做個(gè)平衡樹(shù)放著這些申請(qǐng)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(qǐng)和釋放內(nèi)存會(huì)大大降低效率，所以我們可以在虛擬機(jī)運(yùn)行一開(kāi)始的時(shí)候就統(tǒng)一申請(qǐng)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(duì)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(shí)際上程序吃的內(nèi)存還是沒(méi)有減少。聲明一下，下文提到的申請(qǐng)和釋放內(nèi)存講的都是“假象”。

      如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制呢？本能地想到引用計(jì)數(shù)，記錄下到底有多少個(gè)對(duì)象引用這塊內(nèi)存，如果引用計(jì)數(shù)為0就釋放內(nèi)存。后來(lái)才意識(shí)到引用計(jì)數(shù)是行不通的，萬(wàn)一有環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如一個(gè)對(duì)象自己引用自己），顯然會(huì)造成內(nèi)存泄漏。然后就動(dòng)了對(duì)象池的念頭，如果用這種方法，需要很多個(gè)對(duì)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(lèi)型的對(duì)象，這么多個(gè)對(duì)象池看著很礙眼，于是還是決定實(shí)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(huì)在變成垃圾的同時(shí)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(gè)閾值，用戶程序會(huì)被掛起，此時(shí)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(guó)無(wú)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(shí)別垃圾，依靠對(duì)所有存活對(duì)象進(jìn)行一次全局遍歷來(lái)確定哪些內(nèi)存可以回收。這個(gè)遍歷從根出發(fā)（運(yùn)行時(shí)的棧和表），利用相互引用關(guān)系，標(biāo)記所有存活對(duì)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(huì)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(duì)象，經(jīng)過(guò)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(wú)法分配一個(gè)大型對(duì)象，因?yàn)檎也坏揭粋€(gè)足夠大的“空洞”容納新的對(duì)象 ，即使空閑內(nèi)存的總量是足夠的。還有另外一個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)若干個(gè)垃圾收集周期后，分配一個(gè)小型對(duì)象要采用什么算法？首次匹配代價(jià)低點(diǎn)，但是會(huì)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(jià)高。這顯然提高了內(nèi)存分配的難度?；谝陨系挠懻摚瑢?duì)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(wèn)題。當(dāng)為新對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，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(duì)象都在年輕的時(shí)候死亡，而越老的對(duì)象則越不可能死亡。在垃圾收集的過(guò)程中，用戶程序是被掛起的，如果對(duì)整個(gè)堆都進(jìn)行垃圾收集，顯然用戶程序等待的時(shí)間是很長(zhǎng)的。如果我們能把工作集中在回收最有可能是垃圾的對(duì)象上，就能讓內(nèi)存回收的效率更高，對(duì)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(duì)象和年老對(duì)象。把對(duì)象按年齡分到堆中的不同區(qū)域里，其中最年輕的分代會(huì)被頻繁地收集，而較老的分代則收集頻率會(huì)低得多。對(duì)象首先在最年輕的分代里分配，如果它們的壽命足夠長(zhǎng)，能夠在足夠多次收集中存活下來(lái)（這里就是一次），則會(huì)被提升到較老的分代里。這里注意一下，較老的對(duì)象可能引用了較年輕的對(duì)象，我們?nèi)孕鑼?duì)此進(jìn)行掃描，但是我們現(xiàn)在不必把年老的對(duì)象從一個(gè)半?yún)^(qū)復(fù)制到另一個(gè)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(shí)間。