我们经常听过垃圾回收，很多语言比如java有复杂的回收算法，初学者往往学起来非常懵，这篇文章我从大的方向总结垃圾回收有哪些算法，哪些阶段，希望能帮助到初学者能整体理解垃圾回收算法的轮廓。至于细节，可以再找对应文章学习。

文章完成时间仓促，可能有疏漏的地方，欢迎指出。

原理

从根对象出发，标记所有可以触达的对象，标记完后，没有被触达的对象视为垃圾

缺点

如果对象特别多，对象引用链特别长，标记过程相对比较耗时，而一般情况下，标记垃圾的过程如果不做特殊设计，是不能和用户线程同时进行的（为了保证标记的准确性）。

垃圾对象不能第一时间被回收，只有被标记后才会被回收，而标记需要每隔一段时间才触发一次，平均而言，内存占用的会更多。

解决方式

通过分区的方式将大的内存拆小，每次只标记一部分内存区域, 减少标记过程停顿时间。

标记的时候通过一些算法和设计，在某些阶段，可以和用户线程并行的方式来进行，从而来减少停顿时间。

原理

通过记数的方式，对象每次被引用一次，计数器+1，引用没有时，计算器-1，当计数器 = 0 时，将对象回收

垃圾对象的生存周期大大缩短

缺点

计数器增加了额外的计算逻辑，尤其在多线程场景下，还需要对引用计数进行同步。

可能会产生循环依赖的情况，比如A引用了B,B引用了A，这种情况下，两者的计数器一直都是1，对象的引用计数始终不能为0,对象不能被回收，造成内存泄露。

解决方式

通过划分强弱引用的方式，来破解循环依赖问题，但是需要开发者自己处理, objective-c,swift

结合可达性分析的方式解决剩下的循环依赖垃圾,python

另外理论上可以通过试验删除算法来判定循环依赖问题，但还没听过有实际应用

原理

将标记后不是垃圾的部分，整体复制到另外一块内存区域

缺点

理论上为了保证存活的对象都有地方进行保存，需要额外一倍的内存空间，因此内存利用率低，有50%的空间浪费，如果需要复制的对象特别多，也比较耗费资源。

解决方式

扬长避短，只用来处理生命周期非常短的对象

这种情况下，存活的对象非常少，并不需要额外一倍的空间来保存，因此内存利用率提高，同时拷贝消耗也降低了

（具体方式可以参考java虚拟机内存回收的新生代设计）

原理

将标记的垃圾直接清除，留下需要继续存在的对象。因为清除垃圾的过程，不影响活着的对象，可以在清除时，和用户线程并行。

缺点

不断进行标记清除后，会产生大量的内存碎片，以至于无法再继续分配内存了。

解决方式

一种方式是尽可能的减少内存碎片。

另一种方式是在内存碎片比较严重的时候，进行一次标记整理操作。

原理

将存活的对象整体转移到内存空间的一侧，

相对标记复制而言，减少了额外的内存占用

相对标记清除而言，解决了内存碎片化的问题。

缺点

对存活对象的转移过程会暂停用户线程，整个转移过程消耗比较大。

解决方式

整理时转移的过程通过特殊的设计和算法，可以做到部分并发，减少用户线程的暂停时间。

原理

针对不同生命周期的对象，划分不同的内存区域，用不同的算法回收，生命周期短的对象因为存活率很低，可以用标记复制方法回收，内存区域称为新生代。生命周期长的对象用标记清除或者标记整理的方式，内存区域称老年代。

新生代回收到一定次数仍然不能被回收的，晋升到老年代。

缺点

复杂度大大提高，主要下面几个方面

第一：新生代和老年代有互相引用的情况，回收垃圾时需要综合考虑。

第二：不同应用的对象生命周期情况不同，如何合理的控制新生代和老年代比例是一个问题。

第三：通过生命周期划定后，一般情况下，新生代的空间会比较小，这个时候对大对象的处理会比较尴尬。

解决方式

在进行老年代回收前，先进行新生代回收。

通过制定目标，程序自动进行判断分配比例。

新的大对象，超过一定大小的，先分配到老年代。

原理

在查找垃圾和回收垃圾过程中，有一些地方需要阻塞应用线程的执行，而内存整体占用越大，这一个过程就越耗时

所以我们可以通过分区的方式，将大的内存划分成多个区域，每次只回收一部分区域，减少回收的暂停时间。

缺点

和分代回收所产生的麻烦一样，不同区域的对象可能有互相引用的情况，如果回收时要完全判断这个区域的对象没有被引用，可能要扫描其他的内存区域。

互相引用需要额外的存储空间表示，会有一定的额外内存空间占用。

解决方式

通过卡表的方式来记录不同内存区域之间存在的引用关系

原理

针对标记过程中可能和用户线程产生冲突的地方做特殊处理

这一块的主要思路是在用户线程读写指针的时候加上屏障，在屏障里做一些特殊标记，具体过程细节比较多，不展开。

原理

在标记整理中会有转移的情况，这部分也会造成用户线程停顿。针对转移过程中可能和用户线程产生冲突的地方做特殊处理

对象被转移了，又要不影响用户线程，方式就是一个对象有两个地址，然后加上标记，后面通过别的方式，把旧的地址去掉，只保留新的地址，因为比较复杂，这里也不展开。

采用的内存分配算法，不会产生太多内存碎片。所以只有标记清除就可以应对，没有使用标记整理算法。

大概思想是内存按对象的大小划分出了不同大小的格子，分配对象时分配到最合适的格子，回收时直接回收这个格子就行，所以内存碎片很少。

Go 本身对象较小，同时很多对象分配在栈上，栈上的对象一般方法结束就会自动回收，只有发生逃逸时会到堆上，总之，go进程的的堆一般不会太大。分代算法也没有必要。

和上面一样，也没有做分区处理。