垃圾收集器:引用计数算法

浏览数：25 / 时间：2015年06月08日

引用计数算法作为垃圾收集器最早的算法，有其优势，也有其劣势，虽然现在的JVM都不再采用引用计数算法进行垃圾回收【例如Sun的Java hotspot采用了火车算法进行垃圾回收】，但这种算法也并未被淘汰，在著名的单进程高并发缓存Redis中依然采用这种算法来进行内存回收【后绪会以Redis作为例子，说明该算法】

什么是引用计数算法

直白一点，就是对于创建的每一个对象都有一个与之关联的计数器，这个计数器记录着该对象被使用的次数，垃圾收集器在进行垃圾回收时，对扫描到的每一个对象判断一下计数器是否等于0，若等于0，就会释放该对象占用的内存空间,同时将该对象引用的其他对象的计数器进行减一操作

两种实现方式

侵入式与非侵入性，引用计数算法的垃圾收集一般有侵入式与非侵入式两种，侵入式的实现就是将引用计数器直接根植在对象内部，用C++的思想进行解释就是，在对象的构造或者拷贝构造中进行加一操作，在对象的析构中进行减一操作，非侵入式恩想就是有一块单独的内存区域，用作引用计数器

算法的优点

使用引用计数器,内存回收可以穿插在程序的运行中，在程序运行中，当发现某一对象的引用计数器为0时，可以立即对该对象所占用的内存空间进行回收，这种方式可以避免FULL GC时带来的程序暂停，如果读过Redis 1.0的源码，可以发现Redis中就是在引用计数器为0时，对内存进行了回收

算法的劣势

采用引用计数器进行垃圾回收，最大的缺点就是不能解决循环引用的问题，例如一个父对象持有一个子对象的引用，子对象也持有父对象的引用，这种情况下，父子对象将一直存在于JVM的堆中，无法进行回收,代码示例如下所示(引用计数器无法对a与b对象进行回收):

class A {
    private B b;
    public B getB() {
        return b;
    }
    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}

class B {
    private A a;
    public A getA() {
        return a;
    }
    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.setB(b);
        b.setA(a);
    }
}

如下是Redis 1.0通过使用引用计数器对内存进行回收的

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;
    unsigned encoding:4;
    unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
    int refcount;//引用计数器
    void *ptr;//指向实际的对象空间
} robj;

Redis中所有的操作，操作的都是robj这个结构体,在这个结构中存放着对象的引用计数器refcount,如下是创建对象的代码，在这个创建对象的过程中，将引用计数器置为1

robj *createObject(int type, void *ptr) {
    robj *o = zmalloc(sizeof(*o));
    o->type = type;
    o->encoding = REDIS_ENCODING_RAW;
    o->ptr = ptr;
    //创建时将引用计数器初始为1
    o->refcount = 1;
    /* Set the LRU to the current lruclock (minutes resolution). */
    o->lru = LRU_CLOCK();
    return o;
}

以下操作是对引用计数器进行+1操作

robj *createStringObjectFromLongLong(long long value) {
    robj *o;
    if (value >= 0 && value < REDIS_SHARED_INTEGERS) {
        //对共享池中常量对象的引用计数+1
        incrRefCount(shared.integers[value]);
        o = shared.integers[value];
    } else {
        if (value >= LONG_MIN && value <= LONG_MAX) {
            o = createObject(REDIS_STRING, NULL);
            o->encoding = REDIS_ENCODING_INT;
            o->ptr = (void*)((long)value);
        } else {
            o = createObject(REDIS_STRING,sdsfromlonglong(value));
        }
    }
    return o;
}

Redis中有一个共享池,共享池中的变量，一般不会轻易释放，大部份对象都可以对这部份常量进行共享，共享一次，对应对象robj中的引用计数器进行一次+1操作

以下是进行-1操作

void decrRefCount(robj *o) {
    if (o->refcount <= 0) redisPanic("decrRefCount against refcount <= 0");
    if (o->refcount == 1) {
        switch(o->type) {
        case REDIS_STRING: freeStringObject(o); break;
        case REDIS_LIST: freeListObject(o); break;
        case REDIS_SET: freeSetObject(o); break;
        case REDIS_ZSET: freeZsetObject(o); break;
        case REDIS_HASH: freeHashObject(o); break;
        default: redisPanic("Unknown object type"); break;
        }
        zfree(o);
    } else {
        o->refcount--;
    }
}

从上面的代码中可以看出，对对象的引用计数器进行-1操作时，如果对象的引用计数器变为0时，会调用相应类型的释放函数，释放对象的内存空间，如果对象的引用计数器的值大于1时，直接对对象的引用计数器进行减1操作，然后返回

从上面的代码可以看出，Redis中通过对对象的引用计数器进行减1操作，可以实现在程序运行过程中，回收对象所占用的内存空间,当然Redis中还有LRU算法，实现内存淘汰策略，待以后再分析

Redis 1.0源码注解:https://github.com/zwjlpeng/Redis_Deep_Read

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