垃圾回收之引用计数
思来想去，决定总结一下垃圾回收机制。引用计数与我结缘最早，也比较简单、基础，遂决定从引用计数入手。
—— 不管人非笑，不管人毁谤，不管人荣辱，任他功夫有进有退，我只是这致良知的主宰不息，久久自然有得力处
Reference Counting
对象在创建时保存一个自身被引用的计数，初始值为1。每次被新的变量引用，该值加1。相反，则减去1。当该值等于0时，占用空间被系统回收。
什么是对象呢？
var neojos int64 = 32
var ptrNeojos *int64 = &name
如上所示，我们创建了一个int64类型的object，命名为neojos。程序中对该object的操作都是通过使用neojos来实现的。而ptrNeojos其实又创建了一个*int64类型的object，但它的值保存的是neojos的地址。
对于ptrNeojos来说，它的生命周期跟普通变量的生命周期没有区别。唯一区别的是，当它生命周期结束后，ptrNeojos会被垃圾回收，而底层指向的object却不会。
如何计数呢？
Object * obj1 = new Object(); // RefCount(obj1) starts at 1
Object * obj2 = obj1; // RefCount(obj1) incremented to 2 as new reference is added
Object * obj3 = new Object();
obj2->SomeMethod();
obj2 = NULL; // RefCount(obj1) decremented to 1 as ref goes away
obj1 = obj3; // RefCount(obj1) decremented to 0 and can be collected
obj1指向了一个匿名对象，为了方便，我们叫anonymousObj。上述代码展示了anonymousObj从创建到被垃圾回收的整个过程。垃圾回收对象的内存空间，上述过程中obj1对象的地址不会发生改变，只是底层引用的对象发生了变化。
下面的例子，用于测试ptrName代表的对象在赋值过程中不会发生变化。
func TestCase2(t *testing.T) {
var name int64 = 32
var ptrName *int64 = &name
t.Log(&ptrName) //0xc42000e078
ptrName = nil
t.Log(&ptrName) //0xc42000e078
}
如何实现
基于不同的语言会有不同的实现方式，但思路是相通的。
存储结构和申请空间
创建对象的时候，申请额外的空间用于存储引用计数，同时对外隐藏该空间的存在。如下图，Header部分就用于存储引用计数。所以，程序返回的指针实际是ActualData的首地址，调用者完全意识不到header的存在，而GC执行的时候却可以通过对象的地址访问Header。
如下代码，申请地址时，将引用计数初始化为1。同时，返回ActualData的指针地址。后续的引用计数更新，释放对象空间都通过判断Header来处理。
//Header结构
struct MemHeader
{
UINT32 refCount;
};
// cb is the number of bytes to be allocated
PVOID GC_Alloc(size_t cb)
{
// allocate MemHeader + cb but cast it to MemHeader
MemHeader* pHdr = (MemHeader*)PlatformAlloc(MEMHEADERSIZE + cb);
if (pHdr == NULL)
return NULL;
// set the initial refCount
pHdr->refCount = 1;
// increment the pointer by the size of MemHeader
// and make it point to the start of the actual data
++pHdr;
return (PVOID)pHdr;
}
//访问Header头
inline MemHeader * GetHeader(PVOID pMem)
{
return ((MemHeader*)pMem) - 1;
}
基类实现
对象可以意识到引用计数机制的存在，明确的增加或减少引用计数。这种情况适用于：调用者手动释放空间的场合。那么，所有对象需要继承一个通用的基类，来实现这部分计数逻辑。
class ReferenceCount
{
int count;
ReferenceCount()
{
count = 1; //start at 1 as creation implies at least once reference is being made
}
void increment()
{
count++;
}
void decrement()
{
count--;
if( count == 0 )
delete this;
}
};
//any reference counted object simply derives from the above type
class MyType : public ReferenceCount { ... }
对象引用关系
对象与对象之间存在相互调用，当其中一个对象的引用计数减为0时，该对象“引用链”上其他对象的引用计数都需要被更新。GC如何执行清理的呢？
当object1释放object3的引用时，object3和object5的引用计数都需要被更新，而这是一个递归检查、更新的过程。
VOID GC_ReleaseRef(PVOID pMem)
{
if (pMem == NULL) return;
MemHeader *pHdr = GetHeader(pMem);
--(pHdr->refCount);
if (pHdr->refCount == 0)
{
foreach(PVOID pChild in Get_Child(pHdr))
GC_ReleaseRef(pChild);
PlatformFree(pHdr);
}
}
GC扫描
除了自动回收垃圾外，GC的扫描是从哪里开始的？拿Java来解释，GC roots就是Java中的ClassLoader。
ClassLoader
After that when we try to use a Class, Java ClassLoader loads that class into memory
ClassLoader按需将使用到的class加载到内存，熟悉PHP的可以跟Laravel Container做类比。
GC roots
In Java, there are special objects called Garbage Collection Roots (GC roots). They serve as a root objects for Garbage Collection marking mechanism (see picture).
参考文章：