GC垃圾回收器(Garbage Collection)
GC（Garbage Collection）垃圾回收器是自動管理程式記憶體的機制，它負責回收程式中不再被使用的記憶體物件，釋放這些物件所佔用的記憶體空間，以便程式能夠繼續使用這些記憶體。以下是關於GC垃圾回收器的詳細解析：
一、GC垃圾回收器的基本原理
GC的基本原理是將記憶體中不再被使用的物件進行回收。在GC中，垃圾指的是那些不再被程式所使用的記憶體物件，這些物件不再被訪問，也不再對程式的正確性產生任何影響。GC的任務是找到這些垃圾物件，並釋放它們所佔用的記憶體空間。
二、GC垃圾回收器的演算法
GC透過不同的演算法來檢測垃圾物件，其中常用的是以下幾種：
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引用計數演算法
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- 原理：維護每個物件的引用計數，當某個物件的引用計數為0時，就可以視為垃圾並回收。
- 優點：實現簡單，執行效率高。
- 缺點：難以檢測出物件之間的迴圈引用，導致記憶體無法被正確回收。
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可達性分析演算法（根搜尋演算法）
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- 原理：將程式中的所有引用關係看作一張圖，從一個節點（GC Roots）開始，尋找對應的引用節點，找到這個節點以後，繼續尋找這個節點的引用節點，當所有的引用節點尋找完畢之後，剩餘的節點則被認為是沒有被引用到的節點，即無用的節點，無用的節點將會被判定為是可回收的物件。
- 優點：能夠準確檢測出垃圾物件，包括迴圈引用的物件。
- 缺點：在標記和清除階段需要遍歷記憶體中的物件，可能比較耗時。
三、GC垃圾回收器的實現方式
GC透過不同的方式來回收垃圾物件，其中最常用的是以下幾種：
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標記-清除演算法
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- 標記階段：從GC Roots出發，標記所有可以訪問到的物件。
- 清除階段：清除未被標記的物件。
- 缺點：可能產生記憶體碎片。
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複製演算法
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- 原理：將記憶體空間分為兩部分，每次只使用其中的一部分。當一部分被使用完後，將其中的存活物件複製到另一部分空間中，然後清除原空間的所有物件。
- 優點：解決了記憶體碎片問題，實現簡單，執行高效。
- 缺點：可用記憶體縮小到了原先的一半。
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標記-整理演算法
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- 標記階段與標記-清除演算法相同。
- 整理階段：讓所有存活的物件都向一端移動，然後直接清理掉端邊線以外的記憶體。
- 優點：解決了記憶體碎片問題。
四、GC垃圾回收器的型別和適用場景
Java等語言中提供了多種GC垃圾回收器，每種回收器都有其特點和適用場景，如：
- Serial GC：使用單執行緒進行垃圾回收，適用於單核CPU和小型應用程式。
- Parallel GC：使用多執行緒進行垃圾回收，提高了垃圾回收的並行度，適用於多核CPU和對吞吐量要求高的應用程式。
- CMS GC（Concurrent Mark-Sweep）：主要針對老年代進行併發垃圾回收，減少GC停頓時間，適用於需要低延遲和較短GC停頓時間的應用程式。
- G1 GC（Garbage-First）：將堆劃分為多個大小相等的區域，每個區域可以獨立地進行垃圾回收，適用於大堆記憶體和對低暫停時間有要求的應用程式。
- ZGC：設計目標是保持GC暫停時間在10毫秒以下，使用多執行緒併發進行垃圾回收，適用於大記憶體的應用程式和對延遲有高要求的場景。
五、GC垃圾回收器的最佳化
為了提高GC的效率，一些GC實現會將記憶體分為不同的代（如新生代、老年代），每個代中物件具有不同的生命週期。通常會將新分配的物件放到新生代中，新生代使用複製演算法進行垃圾回收；老年代中的物件則使用標記清除或標記整理演算法進行垃圾回收。此外，還可以透過調整GC引數、最佳化程式碼等方式來減少GC的次數和停頓時間。
綜上所述，GC垃圾回收器是自動管理程式記憶體的重要機制，它透過不同的演算法和實現方式來回收垃圾物件並釋放記憶體空間。瞭解和選擇合適的GC回收器對於提高應用程式的效能和穩定性具有重要意義。