标记整理

标记整理分为两个步骤

1.标记阶段：与标记-清除算法完全一致。遍历所有可达对象（从 GC Roots 开始），标记它们为“存活”。

2.整理阶段：不再是简单清除垃圾对象，而是将所有存活的对象向内存空间的一端（通常是起始地址或结束地址）移动，紧凑排列。移动完后，边界之外的内存空间全部视为空闲空间，可以一次性分配。

算法步骤详解

1. 暂停应用程序线程：

• 同样需要 “Stop-The-World” 停顿，以确保对象引用关系在标记和移动过程中保持稳定。标记-整理算法的 STW 时间通常比标记-清除更长，因为它包含了对象的移动开销。

2. 标记阶段****：

• 起点：从GC Root开始。
• 遍历：采用深度优先搜索或广度优先搜索遍历对象图。
• 标记：将所有从GC Roots可达的对象标记为“存活”。结果与标记清除算法相同。

3. 整理阶段****：

• 计算新地址：
  • 遍历堆内存（通常是线性扫描）。
  • 计算每个存活对象在整理后应该被移动到的新地址。新地址通常是连续的，从堆空间的某一端（如低地址端）开始排列。
  • 一种常见的策略是：维护一个“指针”（compaction pointer），初始指向目标区域（如堆起始地址）。每遇到一个存活对象，就计算其大小，将该对象的新地址设置为当前指针位置，然后将指针向后移动该对象大小的距离。
• 更新引用：
  • 由于对象被移动了位置，所有指向这些移动对象的引用（包括GC Root中的引用和存活对象内部字段的引用）都需要被更新为对象的新地址。
  • 再次遍历对象图（从GC Roots开始），访问所有存活对象及器引用，将指向被移动对象的引用值修改为计算好的新地址。
  • 关键点：更新引用必须在对象实际移动之前完成，或者在移动过程中使用特殊的技巧（如 Brooks 指针）来保证引用的正确性。否则，移动对象后，旧的引用就会指向无效地址。
• 移动对象：
  • 遍历堆内存
  • 将每个存活的对象复制（移动）到之前计算好的新地址
  • 移动完成后，所有存活对象都被紧密地排列在堆空间的一端（如低地址端）。
• 回收空间：
  • 移动完成后，从最后一个存活对象之后的位置开始，直到堆空间的另一端（如高地址端），所有内存空间都是连续的空闲空间。
  • 这个连续的大块空闲内存可以被一个简单的指针（如 bump pointer）管理，新对象的分配变得极其高效（只需移动指针并清零内存）。

优缺点

1. 优点：

• 解决内存碎片： 这是最核心的优势！通过将存活对象紧凑排列，消除了标记-清除算法产生的内存碎片问题。分配新对象时，只需要在连续空闲空间的末尾进行指针碰撞（bump-the-pointer），分配速度非常快且简单。
• 空间利用率高： 消除了碎片浪费，堆空间得到更有效的利用。特别是对于需要分配大对象的场景，成功率更高。
• 局部性原理提升： 紧凑排列的对象在内存中位置相邻，更有可能被加载到 CPU 缓存同一缓存行（Cache Line）中。这可以提升程序访问对象的效率（缓存命中率提高）。

2. 缺点：

• STW 时间更长： 移动对象和更新引用的开销通常比简单的清除操作要大得多。这导致 Stop-The-World 停顿时间通常比标记-清除算法更长，尤其是在堆很大、存活对象很多的情况下。这是标记-整理算法最主要的缺点。
• 移动开销： 复制对象本身需要时间，尤其是对于大对象。
• 更新引用开销： 需要遍历整个对象图来更新所有指向被移动对象的引用，这也是一个耗时的操作。
• 实现更复杂： 需要精确地处理对象移动和引用更新，实现难度高于标记-清除算法。