（阅读笔记）垃圾回收的算法与实现 - 复制算法

整体思路是，将堆分为二等份，当其中一份分配不够时，启动 GC 递归从根节点出发（深度优先），将对象拷贝到另外一半，然后将原先部分全部回收。循环往复。

考虑到对象被引用的复杂性，只有当一个对象被 完全拷贝 完成以后，才会更新指向其的地址。

基础实现

代码

type object struct {
	isCopied   bool  // 用来标记是否已经被复制过
	forwarding *object // 在完成拷贝之前，是不能更新对该 obj 的引用的。这是一个暂存的地方

	size     int
	children []*object
	data     interface{}
}

func copy(obj *object) *object {
	if !obj.isCopied {
		copy_data(heapStart, obj, obj.size)
		obj.isCopied = true
		obj.forwarding = heapStart
		heapStart += obj.size

		for i, child := range obj.Children {
			obj.children[i] = copy(child)

		}
		return obj.forwarding
	}

	return obj
}

优点

1. 吞吐量大（只搜索和复制活动对象，相比 mark-sweep 整体堆扫描，快的多。堆越大，差距越明显）
2. 可实现高速分配（不需要空闲列表，就顺着块移动就好）
3. 不会发生碎片（复制到了集中的地方，此种现象被称为 压缩， 而 mark-sweep 不允许对象移动，所以必然会产生碎片）
4. 与缓存兼容（递归复制，空间局限性要好，对缓存的预读机制比较友好）

缺点

1. 堆使用效率低（多空间复制算法）
2. 不兼容保守式 GC 算法（挪动了对象位置）
3. 递归调用函数（可能会引发栈溢出）

针对 缺点 1，有多空间复制算法可以缓解
针对 缺点 3，有 Cheney 算法 以及 近似深度优先算法 缓解

Cheney 的 GC 复制算法

相比标准的 GC 复制算法，该算法不使用递归函数（解决掉一个缺点），而是迭代函数。

这个算法更多是针对复制算法工程上的改进，将递归调用（深度优先）变成了遍历调用（广度优先）。代码中先初始化了扫描以及空闲部分的起点，然后通过拷贝根引用，使两者之间拉开差距，然后这个差距就形成的一个队列机制（很巧妙的队列机制），后面不停遍历该队列（scanStart++），同时将新节点加入到队列尾部（freeStart++）,一直到最后完成，两者相等，该 GC 流程就完成了。

代码

type o struct {
	children []*o
}

func CheneyGC() {
	heapSize := 100
	root := make([]*o, 10)
	heap := make([]o, heapSize)
	freeStart := 50
	scanStart := 50

	myCopy := func(src *o) *o {
		heap[freeStart] = *src
		p := &heap[freeStart]
		freeStart++
		return p
	}

	//	 假设 heap 前面已经满了，现在要进行复制拷贝
	for i := range root {
		root[i] = myCopy(root[i])
	}

	for {
		if scanStart != freeStart {
			for i := scanStart; i <= freeStart; i++ {
				for ci := range heap[scanStart].children {
					heap[freeStart] = *myCopy(heap[scanStart].children[ci]) // 拷贝值
					heap[scanStart].children[ci] = &heap[freeStart]         // 修改引用
					freeStart++
				}
				scanStart++
			}
		}
	}
}

优点

1. 递归改迭代，消除了可能的栈溢出
2. 同时使用堆空间当做队列，省去了内存空间

缺点

1. 深度优先修改成广度优先，导致内存空间局部性变差，那么缓存的友好也就消失了
   

近似深度优先搜索方法

在原生算法中使用的是深度优先，从而对缓存友好，Cheney 则将算法进行改善，从深度优先变成广度优先，虽然消除了递归，但是也将缓存友好的特性给毁的一干二净。

状态

page 将内存分页（大小未必固定）。page[i] 指向第 i 个页面的开头
local_scan 扫描是按页面推进，local_scan[i] 则指向第 i 个页面下一个要扫描的位置(页内偏移)
major_scan major_scan 就是维护搜索尚未完成（第一阶段）的页面开头的指针
free 就是空闲页面的开头位置

执行过程

该算法的执行阶段分为两段执行，

1. 通过 major_scan 拿出下一个要扫描的对象，将其移动到 free 指向的页面（深度优先）
2. 将上述对象的所有子节点进行移动，移动完成，认为该阶段完成（广度优先）

循环以上过程，最终就可以得到如下的内存分布

对比 Cheney 的内存分布，对缓存的友好性要好的多

多空间复制算法

多空间复制算法是 复制算法和MarkSweep的一种组合实现。将堆进行 n 等分，然后每次 GC 时，将其中相邻的两块执行复制算法，对于剩余的块则执行 MarkSweep. GC 执行完成以后，下次执行复制的块，就是现在的块往后挪动一块。感觉是一个很难受的实现。