在Java中，垃圾回收(Garbage Collection, GC)是自动管理内存的一种机制，它帮助开发者避免内存泄漏，确保应用稳定运行。基于清除后分配(Mark-and-Sweep)规则的垃圾回收器是一种经典的GC实现机制。此处，我们将探讨其实现原理、过程以及如何在Java中模拟实现此种类型的垃圾回收器。
基于清除后分配规则的GC实现原理
清除后分配规则的垃圾回收过程主要分为两个阶段：标记(Mark)和清除(Sweep)。
- 标记阶段: 从根集合(Root Set)开始遍历所有可达的对象，将这些对象标记为活跃状态。根集合通常包括全局变量，活跃的线程栈帧中的局部变量和输入参数等。
- 清除阶段: 遍历堆内存中的所有对象，将未被标记的对象视为垃圾，并进行回收。成功回收的内存空间可以重新用于分配新的对象。
实现步骤
以下是在Java中实现基于清除后分配规则的垃圾回收器的简化步骤：
- 定义对象结构: 定义一个简单的对象结构，该结构可以记录对象的标记状态和引用关系。
- 构建模拟堆: 创建一个模拟的堆空间，用于存放所有创建的对象实例。
- 标记: 实现一个标记函数，该函数从模拟的根集合出发，递归访问并标记所有可达的对象。
- 清除: 实现一个清除函数，遍历模拟堆中的所有对象，将未标记的对象进行回收。
Java代码实现
class MyObject {boolean marked = false; // 标记位List<MyObject> references = new ArrayList<>(); // 模拟对象引用// 添加引用void addReference(MyObject ref) {references.add(ref);}
}public class MarkAndSweepGC {List<MyObject> heap = new ArrayList<>(); // 模拟的堆List<MyObject> rootSet = new ArrayList<>(); // 根集合public static void main(String[] args) {new MarkAndSweepGC().simulateGC();}void simulateGC() {// 模拟对象创建和引用MyObject obj1 = new MyObject();MyObject obj2 = new MyObject();rootSet.add(obj1); // 假设obj1为根对象obj1.addReference(obj2); // obj1引用obj2heap.add(obj1);heap.add(obj2);heap.add(new MyObject()); // 添加一个未被引用的对象模拟垃圾// 执行GCmark();sweep();System.out.println("GC完成，当前堆对象数量：" + heap.size());}// 标记void mark() {rootSet.forEach(this::markFrom); // 从根集合开始标记}void markFrom(MyObject obj) {if (!obj.marked) {obj.marked = true; // 标记对象obj.references.forEach(this::markFrom); // 递归标记引用的对象}}// 清除void sweep() {Iterator<MyObject> iterator = heap.iterator();while (iterator.hasNext()) {MyObject obj = iterator.next();if (!obj.marked) {iterator.remove(); // 未标记的对象被清除} else {obj.marked = false; // 重置标记位，为下一次GC做准备}}}
}
