【002】垃圾回收算法之-GC标记-清除算法
世界上首个值得纪念的GC算法那是GC标记-清除算法（Mark Sweeep GC）
什么是GC标记-清除算法
就如它的字面意思一样，GC标记-清除算法由标记阶段和清除阶段构成。标记阶段是把所有活动对象都做上标记的阶段。清除阶段是把哪些没有标记的对象，也就是非活动对象回收的阶段。通过这两个阶段，就可以令不能利用的内存空间重新得到利用。
目录
标记阶段
在标记阶段中，collector会为堆里的所有活动对象打上标记。为此，我们首先要标记通过根直接引用的对对象。首先我们标记这样的对象，然后递归的标记通过指针数组能访问到的对象。这样就能把所有的活动对象都标记上了。
注意：在引用中包含了循环等的情况下，即使对已被标记的对象，有时程序员也会可能再次标记，我们得注意避免重复标记。
如果标记未完成，则程序会再对象的头部进行置位操作。这个位要分配在对象的头之中，并且能用obj.mark访问。意思是若obj.mark为真，则表示对象已标记；若obj.mark为假，则对象没有被标记。
标记完所有活动对象后，标记阶段就结束了。标记阶段结束时的堆如图所示：
在标记阶段中，程序会标记所有活动对象。毫无疑问，标记锁花费的实际是与”活动对象的总数“成正比的。
以上是关于标记阶段的说明。用一句话概括，标记阶段就是”遍历对象并标记“的处理过程。这个”遍历对象“的处理过程在GC中是一个非常重要的概念。
重点
深度优先搜索与广度优先搜索
具体的搜索算法不做详解，GC会搜索所有对象。不管使用什么搜索方法，搜索相关的步骤（调查的对象数量）都不会有差别。
另一方面，比较一下内存使用量（已存储的对象数量）就可以知道，深度优先搜索比广度优先搜索更能压低内存使用量。因此我们在标记阶段经常使用深度优先搜索。
清除阶段
在清除阶段中，collector会遍历整个堆，回收没有打上标记的对象（垃圾）使其占用内存空间能再次得到利用。
设置了标志位，就说明这个对象是活动对象。活动对象比如是不能回收的。等到此次回收完毕，我们就取消已经标记的活动对象的状态标记位，准备下一下GC。
我们必须把非活动对象回收再利用。回收对象就是把对象作为分块，连接到被称为”空闲链表“的单向链表。在之后进行分配时只要遍历这个空闲链表，就可以分找到分块了。
在清除阶段，程序会遍历所有堆，进行垃圾回收。也就是说，所花费时间与堆的大小成正比。堆越大，清除阶段所花费的实际就会越长。
注意事项：
1.分配
这里的分配是指将回收的垃圾进行再次利用。那么，分配是怎样进行的呢？也就是说，当mutator申请分块时，怎样才能把大小合适的分块分配给mutator?
我们在清除阶段以及把垃圾对象链接到空闲的链表了。搜索空闲链表并寻找大小合适的分块，这项操作就叫分配。
First-fit 、Best-fit、Worst-fit的 差别
分配策略大致分为以上三种，
First-fit: 遇到第一个大于等于它需要的内存块的时候就返回。
Best-fit ：遇到最合适的大小的时候就返回
Worst-fit:找出空闲链表中最大的分块，将其分割成mutator申请的大小和分割后剩余的大小，目的是将分割后剩余的分块最大化。但是因为Worst-fit很容易产生大量小的分块，所以不推荐大家使用此方法。
出去Worst-fit，剩下的还有Best-fit和Fist-fit这两种。我们使用单纯的空闲链表时，考虑到分配所需要的实际，选择使用Fisst-fit更为明智。
2.合并
根据分配策略的不同可能会产生大量的小的分块。但如果他们是连续的，我们就能把所有小的分块链接在一起形成一个大分块。这种”链接连续分块“的操作就叫做合并（coalescing）,合并是在清除阶段进行的。
优点
1.实现简单
说到GC 标记-清除 算法的优点，那当然要数算法简单，实现容易了。打个比方，在引用计数法中就很难切实管理计数器的增减，实现困难。
另外，如果算法实现简单，那么它与其他算法的组合也就相应的简单。
2.与保守式GC算法兼容
保守式的算法中，对象是不能被移动的。因此保守式GC算法根把对象从现在的场所复制到其他场所的GC复制算法与标记-压缩算法不兼容。
而GC标记-清除算法因为不会移动对象，所以分厂适合搭配保守式GC算法那。事实上，在很多采用保守式GC算法的处理程序中也用到了GC标记-清除算法。
缺点
1.碎片化
在GC标记-清除算法的使用过程中会逐渐产生被细化的分块，不久后就会导致无数的小分块散步在堆的各处。我们称这种情况为碎片化）（fragmentation）.众所周知 Windows的文件系统也会产生这种现象
如果发生碎片化，那么即使堆中分块的大小总大小够用，也会因为一个个的分块都太小而不能执行分配。
如果发生碎片化，就会增加mutator的执行负担。把具有引用关系的对象安排在堆中较远的位置，就会增加访问所需要的时间。
因为分块在堆中的分布情况取决于mutator的运行情况，所以只要使用GC标记-清除算法，就会或多或少地产生碎片化。
3.分配速度
GC标记-清除算法中分块不是连续的，因此每次分配都必须遍历空闲链表，找到足够大的分块。最糟糕的情况就是每次分配都得把空闲链表遍历到最后。
3.与写时复制技术不兼容
写时复制技术（copy-on-write）是在LInux等众多UNIX操作系统的虚拟存储中用到的高速化方法。打个比方，在Linux中复制进程，也就是使用fork()函数时，大部分内存空间都不会被复制。只是复制进程，就复制了所有内存空间的话也太说不过去了吧。因此在写是复制技术只是装作已经复制了内存空间，实际上是将内存空间共享了。
在各个进程中访问数据时，能够访问共享内存就没有什么问题。
然后，当我们堆共享内存空间进行写入时，不能直接重写共享内存。因为从其他程序访问时，就会发生数据不一致的情况。在重写时，要复制自己私有空间的数据，对这个私有空间进行重写。复制后值访问这个私有空间，不访问共享内存。像这样，因为这门技术是”在写入时候进行复制“的，所以才被称为写时复制技术。
这样的话，GC标记-清除算法那就会存在一个问题-与些时复制技术不兼容。即使没有重写对象，GC也会设置所有活动对象的标志位，这样就会频繁发生本不应该发生的复制，压迫到内存空间。
4多个空闲链表
标记-清楚算法中只用到一个空闲链表，在这个空闲链表中，对大的分块和小的分块进行同样的处理。这样，每次分配的时候都要遍历一次空闲链表来寻找合适 大小的分块，这样非常浪费时间。
为了优化这种情况，就是利用分块大小不同的空闲链表，即创建只能连接大分块的空闲链表和只能连接小分块的空闲链表。这样一来，只要按照mutator所申请的分块大小选择空闲链表，就能在短时间内找到符合条件的分块了。
有得必有失，这样速度快了，但是牺牲了空间。