为什么程序员要学GC

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今天跟大家分享一下《垃圾回收的算法与实现》，这本书一出版即进入IT图书销量榜前列，由此可见大家对探秘GC的渴望。 再不学GC就老了，快来看看为什么GC让程序员心动！

什么是GC？ GC 是 Garbage Collection 的简称，中文称为“垃圾回收”。在现实世界中，“垃圾”指的是那些不读的书、不穿的衣服等不用的东西。在 GC 中，“垃圾”的定义也是如此，GC 把程序不用的内存空间视为垃圾。 GC 要做两件事。 1、找到内存空间里的垃圾； 2、回收垃圾，让程序员能再次利用这部分空间。 满足这两项功能的程序就是 GC。那么GC 到底会给程序员带来怎样的好处呢？ 没有GC的世界 在没有 GC 的世界里，程序员必须自己手动进行内存管理，必须清楚地确保必要的内存空间，释放不要的内存空间。 程序员在手动进行内存管理时，申请内存尚不存在什么问题，但在释放不要的内存空间时，就必须一个不漏地释放。这非常地麻烦。如果忘记释放内存空间，该内存空间就会发生内存泄露，即无法被使用，但它又会持续存在下去。如果将发生内存泄露的程序放着不管，总有一刻内存会被占满，甚至还可能导致系统崩溃。 另外，在释放内存空间时，如果忘记初始化指向释放对象的内存空间的指针，这个指针就会一直指向释放完毕的内存空间。因为这个指针没有指向有效的内存空间，处于一种悬挂的状态，所以我们称其为“悬垂指针”（dangling pointer）。如果在程序中错误地引用了悬垂指针，就会产生无法预期的BUG。此外，悬垂指针也会导致严重的安全漏洞（2009 年 IE6/7 的零日漏洞曾轰动一时。——丁灵注） 。 更有甚者，还可能会出现错误释放了使用中的内存空间的情况。一旦错误释放了使用中的内存空间，下一次程序使用此空间时就会发生故障。大多数情况下会发生段错误，运气不好的话还可能引发恶性 BUG。 上述这样与内存相关的 BUG，其共通之处在于“难以确定 BUG 的原因”。我们都知道，与内存相关的 BUG 的潜在场所和 BUG 出现的场所在位置上（或者是时间上）不一致，所以很难确定 BUG 的原因。 有GC的世界 为了省去上述手动内存管理的麻烦，人们钻研开发出了 GC。如果把内存管理交给计算机，程序员就不用去想着释放内存了。在手动内存管理中，程序员要判断哪些是不用的内存空间（垃圾），留意内存空间的寿命。但只要有 GC 在，这一切都可以交给 GC 来做。 有了 GC，程序员就不用再去担心因为忘了释放内存等而导致 BUG，从而大大减轻了负担。也不用再去头疼费事的内存管理。GC 能让程序员告别恼人的内存管理，把精力集中在更本质的编程工作上。 GC的历史 GC 是一门古老的技术 据笔者所知，GC 因为 Java 的发布而一举成名，所以很多人可能会认为 GC 是最近才有的技术。不过 GC 有着非常久远的历史，最初的 GC 算法是 John McCarthy 在 1960 年发布的。 John McCarthy 身为 Lisp 之父和人工智能之父，是一名非常有名的黑客，事实上他同时也是 GC 之父。1960年，McCarthy 在其论文中首次发布了 GC 算法。当然，当时还没有 Garbage Collection这个词。在这篇论文中发布的算法，就是现在我们所说的 GC 标记 - 清除算法。 引用计数法 1960 年，George E. Collins 在论文中发布了称为引用计数的 GC 算法。当时 Collins 可能没有注意到，引用计数法有个缺点，就是它不能回收“循环引用”。Harold McBeth在 1963 年指出了这个缺点。 GC 复制算法 1963 年，也有“人工智能之父”之称的 Marvin L. Minsky 在论文中发布了复制算法。GC 复制算法把内存分成了两部分，这篇论文中将第二部分称为磁带存储空间——不得不说带有浓烈的时代色彩。 50 年来，GC 的根本都没有改变 从 50 年前 GC 算法首次发布以来，众多研究者对其进行了各种各样的研究，因此许多 GC 算法也得以发布。但事实上，这些算法只不过是把前文中提到的三种算法进行组合或应用。也可以这么说，1963 年 GC 复制算法诞生时，GC 的根本性内容就已经完成了。 未知的第四种算法 现在为世人所知的 GC 算法，不过是从之前介绍的三种基本算法中衍生出来的产物。 本书中除了细致介绍这些基本的 GC 算法，还会介绍应用到它们的 GC 算法。把这些算法全看完后，请跟笔者一起，就 GC 的课题进行思考。也许发现全新的第四种基本算法的人，就是你。 为什么我们现在要学GC 有以下几个原因。 1、GC—— 存在即合理 现在我们使用的多数编程语言都搭载有 GC。以下是几个具体的例子。 Lisp Java Ruby Python Perl Haskell 大家有没有用过其中的某种编程语言？如果用过，那你在不知不觉中获得了 GC 带来的好处。 对编程语言来说，GC 就是一个无名英雄，默默地做着贡献。打个比方，天鹅在水面优雅地游动时，实际上脚蹼却在水下拼命地划水。GC 也是如此。在由编程语言构造的美丽的源代码这片水下，GC 在拼命地将垃圾回收再利用。 如上所述，GC 是语言处理程序中非常重要的一部分，相当于树荫。应该有很多人感觉“GC 帮忙回收垃圾是理所当然”的吧？ GC 基本上是高负载处理，需要花费一定的时间。打个比方，当编写像动作游戏这样追求即时性的程序时，就必须尽量压低 GC 导致的最大暂停时间。如果因为 GC 导致玩家频繁卡顿，相信谁都会想摔手柄。碰到这种应用，我们就需要选择最大暂停时间较短的 GC 算法了。 再打个比方，对音乐和动画这样类似于编码应用的程序来说，GC 的最大暂停时间就不那么重要了。更为重要的是，我们必须选择一个整体处理时间更短的算法。 笔者深信，事先知道“这个 GC 算法有这样的特征，所以它适合这个应用”对程序员来说很有价值。 2、多种多样的处理程序的实现 近年来，随着编程语言的发展，燃起了一股发布语言处理程序的势头，这些语言处理程序都搭载有不同的 GC 算法。作为语言处理程序的关键功能，很多人将采用了优秀的 GC 算法作为一大卖点。 GC 性能在语言处理程序的性能评价中也是一大要素。为了正确评价 GC 的性能，对 GC 算法的理解是不可或缺的。 3、留意内存空间的用法 应该有不少人是通过使用搭载 GC 的编程语言来学习编程的吧。本书的作者之一中村也是如此，他最初接触的编程语言是 Java。可以说在用Java 语言编写程序时完全不用留意内存空间的用法。当然这也是多亏了GC，这是好事，但太不留心也会招致麻烦。例如，有时会出现无意中把内存空间挥霍一空的情况，比如在循环中生成一些没用的对象等。这是因为没有把握好编程语言背后的内存管理的概念。 本书中以具体的编程语言为例，来说明编程语言中所使用的内存空间的结构，以及 GC 的运行。通过阅读，我们就能在编程中留意内存空间的用法了。 4、不会过时的技术 GC 自 1960 年发布以来，一直在吸引着顶尖工程师的目光。笔者确信，只要计算机构造不发生根本性的改变，GC 就是一门不会过时的技术。对程序员来说，比起学习日新月异的新技术，学习 GC 这样的古典技术不是更幸福吗？ 5、更何况，GC 很有趣 说实话，其实笔者自己学习 GC 的时候，并没有想过上述这些略复杂的事情，只是纯粹觉得有趣。现在回过头觉得学了 GC 真好，也只是因为它具备前面那些优点。 笔者小时候就喜欢拆点什么东西，看看里面是怎样的。电视机、收音机、红白机什么的都拆了个遍。笔者至今都还记得看到其内部时的快感，以及了解其构造时的感动。或许学习 GC 也差不多是这样。对笔者来说，研究 GC 这种理所当然存在的东西，看看它的内部是一件非常刺激的事。 6、读者对象 本书由两部分构成。 算法篇 实现篇 在“算法篇”中，我们没有必要去详细了解特定的编程语言，你只要能用任何一种语言编程，就能往下读“算法篇”。 阅读“实现篇”需要具备 C 和 C++ 的知识。只要会用 C 的函数指针、C++ 的模板，阅读“实现篇”就没有什么障碍。关于 GC 算法的知识，读完本书的“算法篇”就相当够用了。 “实现篇”中涉及各种编程语言{ Python / Java / Ruby / JavaScript }，最好有一定程度的了解，那样阅读起来会比较轻松。 垃圾回收的算法与实现 ガベージコレクションのアルゴリズムと実装 作者：中村成洋 相川光 译者：丁灵 定价：99（各大网店可购买） 电子书：49.99（点击目录购买电子书） Ruby之父松本行弘推荐，日本天才程序员兼LISP黑客竹内郁雄审校 254幅图解，轻松掌握GC经典算法 实际源码剖析，深入探讨GC具体实现 本书分为“算法篇”和“实现篇”两大部分。算法篇介绍了标记–清除算法、引用计数法、复制算法、标记–压缩算法、保守式GC、分代垃圾回收、增量式垃圾回收、RCImmix算法等几种重要的算法；实现篇介绍了垃圾回收在Python、DalvikVM、Rubinius、V8等几种语言处理程序中的具体实现。适合各领域程序员阅读。 目录及试读： 目录 学习 GC 之前 GC 标记-清除算法 购买链接： 京东 当当 亚马逊 互动

鸿鹄与燕雀

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