垃圾回收 (计算机科学)

垃圾回收 (计算机科学)

垃圾回收（Garbage Collection，简称GC）是计算机科学中一种自动内存管理机制，用于自动回收程序不再使用的内存空间。它通过追踪和识别不再被程序引用的对象，释放这些对象占用的内存，从而减轻开发者的内存管理负担。

工作原理

垃圾回收器通常通过以下步骤工作： 1. 标记阶段：从根对象（如全局变量、栈中的变量等）出发，标记所有可达对象 2. 清除阶段：回收未被标记的对象占用的内存空间 3. 整理阶段（可选）：压缩内存以减少碎片

常见算法

• 标记-清除算法（Mark-Sweep）
• 引用计数（Reference Counting）
• 分代收集（Generational Collection）
• 复制算法（Copying）

在Go语言中的实现

Go语言使用并发的、三色的标记-清除垃圾回收器。以下示例展示了Go语言中垃圾回收的自动内存管理：

package main

import "fmt"

func createLargeSlice() []int {
    return make([]int, 1000000) // 分配大内存块
}

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        slice := createLargeSlice()
        _ = slice // 使用后不再引用
        // Go的垃圾回收器会自动回收不再使用的内存
        fmt.Printf("Iteration %d completed\n", i)
    }
}

优点与缺点

优点

• 防止内存泄漏
• 减少悬空指针问题
• 简化开发者的内存管理工作

缺点

• 可能引起程序暂停（Stop-The-World）
• 增加CPU开销
• 内存使用可能不如手动管理高效

性能考量

垃圾回收器的性能通常通过以下指标衡量：

• 吞吐量（Throughput）
• 暂停时间（Pause Time）
• 内存效率（Memory Efficiency）

在Go语言中，可以通过设置环境变量调整GC行为：

GOGC=50 # 设置垃圾回收的百分比阈值

实际应用案例

垃圾回收广泛应用于：

• Java虚拟机（JVM）
• .NET CLR
• Python解释器
• JavaScript引擎
• Go语言运行时

与其他内存管理技术的比较

技术	优点	缺点
垃圾回收	自动管理，安全性高	运行时开销
手动内存管理	高效，可控	容易出错
引用计数	实时回收	循环引用问题

参见

• 内存管理
• 编程语言实现
• 运行时系统