(阅读笔记)垃圾回收的算法与实现 - 复制算法

这篇博客探讨了垃圾回收中的复制算法,包括基础实现、Cheney的GC复制算法和近似深度优先搜索方法。复制算法具有高吞吐量、无碎片等优点,但也存在堆使用效率低和不兼容保守式GC的问题。Cheney算法通过迭代解决了递归可能导致的栈溢出,而近似深度优先搜索则平衡了内存空间局部性和缓存友好性。多空间复制算法则是复制算法与MarkSweep的结合,旨在缓解一些缺点。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

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
    在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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。

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值