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什么是垃圾回收

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本文摘自我们几周后即将出版的Garbage Collection Handbook一书的样章。同时也让你能熟悉下垃圾回收的基础知识——这选自该书的第一章。

乍一看，垃圾回收所做的事情应当恰如其名——查找并清除垃圾。事实上却恰恰相反。垃圾回收会跟踪所有仍在使用的对象，然后将剩余的对象标记为垃圾。牢记了这点之后，我们再来深入地了解下这个被称为“垃圾回收”的自动化内存回收在JVM中到底是如何实现的。

手动管理内存

在介绍现代版的垃圾回收之前，我们先来简单地回顾下需要手动地显式分配及释放内存的那些日子。如果你忘了去释放内存，那么这块内存就无法重用了。这块内存被占有了却没被使用。这种场景被称之为内存泄露。

下面是用C写的一个手动管理内存的简单例子：

int send_request() {
    size_t n = read_size();
    int *elements = malloc(n * sizeof(int));

    if(read_elements(n, elements) < n) {
        // elements not freed!
        return -1;
    }

    // …

    free(elements)
    return 0;
}

可以看到，你很容易就会忘了释放内存。内存泄露曾经是个非常普遍的问题。你只能通过不断地修复自己的代码来与它们进行抗争。因此，需要有一种更优雅的方式来自动释放无用内存，以便减少人为错误的可能性。这种自动化过程又被称为垃圾回收（简称GC）。

智能指针

自动垃圾回收早期的一种实现便是引用计数。你知晓每一个对象被引用了几次，当计数器归0的时候，这个对象就可以被安全地回收掉了。C++的共享指针就是一个非常著名的例子：

int send_request() {
    size_t n = read_size();
    stared_ptr<vector<int>> elements 
              = make_shared<vector<int>>();

    if(read_elements(n, elements) < n) {
        return -1;
    }

    return 0;
}

我们使用的sharedptr会记录这个对象被引用的次数。如果你将它传递给别人则计数加一，当它离开了作用域后便会减一。一旦这个计数为0，sharedptr会自动地删除底层对应的vector。当然这只是个示例，因为也有读者指出来了，这个在现实中是不太可能出现的，但作为演示是足够了。

自动内存管理

在上面的C++代码中，我们还得显式地声明我们需要使用内存管理。那如果所有的对象都采用这个机制会怎样呢？那简直就太方便了，这样开发人员便无需考虑清理内存的事情了。运行时会自动知晓哪些内存不再使用了，然后释放掉它。也就是说，它自动地回收了这些垃圾。第一代的垃圾回收器是1959年Lisp引入的，这项技术迄今为止一直在不断演进。

引用计数

刚才我们用C++的共享指针所演示的想法可以应用到所有的对象上来。许多语言比如说Perl, Python以及PHP，采用的都是这种方式。这个通过一张图可以很容易说明：