- 引用计数（Reference Counting）
- 标记-清除（Mark-Sweep）
- 复制算法（Scavenge / Copying Collection）
一、引用计数（Reference Counting）
1）算法要解决的核心问题
GC 首先要回答：哪些对象是垃圾？
引用计数用最直观的定义来判断：
垃圾 = 没有任何引用指向它的对象
2）基本机制
给每个对象维护一个计数器 ref_cnt：
- 新增一个引用 →
ref_cnt++ - 断开一个引用 →
ref_cnt-- ref_cnt == 0→ 该对象可立即回收
3）Write Barrier（写屏障）的角色
引用关系的变化通常发生在“写对象字段 / 指针赋值”的瞬间。
因此虚拟机会在这类写操作旁边插入逻辑（伪代码）：
void do_store(obj_field, new_value) {
inc_ref(new_value); // 新对象 +1
dec_ref(old_value); // 旧对象 -1（可能触发递归回收）
obj_field = new_value;
}
关键注意点：先加后减。
否则当 old_value == new_value 时，可能先减到 0 被回收，导致灾难。
4）优点
- 及时回收：引用数归零立刻回收
- 通常不需要专门 STW 的“全堆扫描” ：回收工作被分散到赋值路径中（但多线程下仍需同步）
5）缺点（两条必须记牢）
- 赋值成本高：每次引用变更都要维护计数，且可能递归回收
- 循环引用致命：A↔B 互相引用但外部不可达，
ref_cnt都不为 0 → 无法回收
引用计数的核心失败点：它只看“引用次数”，不看“从根是否可达”。
二、Mark-Sweep（标记-清除）
1）算法要解决的核心问题
引用计数不可靠（循环引用），于是 Mark-Sweep 改用更稳的标准：
垃圾 = 从根集（Root Set）不可达的对象
也就是说：
不是问“有没有引用”，而是问“能不能从根走到”。
2）算法流程（两阶段）
（1）Mark：标记存活对象
- 从 Root Set 出发遍历对象图（DFS/BFS 都行）
- 能访问到的对象都标记为 “live”
（2）Sweep：清除未标记对象
- 扫描堆/对象列表
- 未标记的对象直接释放
3）Root Set 是什么
根集就是 GC 的起点，常见包括：
- 栈上的局部变量引用（线程栈）
- 寄存器中的引用
- 全局/静态变量
- 运行时持有的根对象（不同语言/VM略有差异）
4）优点
- 能处理循环引用（只要从根不可达，就能回收）
- 不要求对象移动（实现相对直接）
5）主要问题：内存碎片
Sweep 清掉垃圾后，空洞散落在各处 → 碎片化
碎片会导致：
- 大对象分配困难
- 分配/管理成本上升
所以才会出现 Mark-Compact（标记-整理）：在 Mark 后把活对象“挤到一起”，消除碎片。
三、Scavenge（复制算法 / Copying Collection）
1）算法要解决的核心问题
Mark-Sweep 的问题之一是碎片，另一个是“清理过程需要扫大量空间”。
复制算法走了另一条路：
我不在原地清垃圾，我只把活的搬走。
2）基本结构：From / To 两块空间
把管理区域分成两半：
- From Space：当前分配与存活对象所在地
- To Space：空白区域，用于复制
3）算法流程（复制为核心）
- 从 Root Set 出发遍历
- 遇到存活对象 → 复制到 To Space
- 在 To Space 中按复制顺序排列（天然连续，无碎片）
- 复制完成后：From Space 整块直接清空
- 交换 From / To 的角色
4）优点
- 无碎片（To Space 连续）
- 回收成本主要与“存活对象数量”相关（活的少则很快）
- 分配可以很快（bump pointer）
5）缺点
- 空间换时间：需要预留一块 To Space（额外空间开销）
- 若存活率高，复制成本会变得很大（搬运太多）
四、三种算法“复盘对照表”（脱离分代语境）
| 算法 | 垃圾判定标准 | 是否移动对象 | 是否需要全堆扫描 | 是否能处理循环引用 | 主要代价 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引用计数 | 引用次数为 0 | 否 | 否（但有递归回收） | ❌ 否 | 每次赋值维护计数；循环引用 |
| Mark-Sweep | 根不可达 | 否 | 是（Mark + Sweep） | ✅ 是 | 碎片；扫描成本 |
| Scavenge | 根不可达 | ✅ 是（复制） | 不扫“整个空间”，主要追踪可达对象 | ✅ 是 | 额外空间；存活率高时复制贵 |
五、一句话把三者的“思想差异”钉住
- 引用计数：盯着“引用数量”，想做到“对象没人要就立刻死”
- Mark-Sweep：盯着“根可达性”，用“图遍历”定义生死
- Scavenge：同样用“根可达性”，但策略是“只搬活的，剩下整块丢掉”
