打造自己的JVM：实现垃圾收集器

在构建自己的JVM时，垃圾收集器是一个至关重要的组件。它负责自动管理内存，释放不再使用的对象所占用的空间。在本篇文章中，我们将了解如何设计和实现一个简单的垃圾收集器。
1. 对象分配和内存管理
当我们在JVM中创建一个新对象时，它通常在堆内存中分配。堆是一个动态内存区域，可以容纳多个对象。为了跟踪哪些对象仍然存活，哪些已被丢弃，我们需要使用一种数据结构，如哈希表，来存储对象引用。
2. 标记-清除（Mark-Sweep）垃圾收集
最简单的垃圾收集算法之一是标记-清除算法。这个算法分为两个阶段：标记和清除。

• 标记阶段： 从根对象（通常是程序中的全局变量）开始，遍历所有可达对象。在这个过程中，所有可达的对象都会被标记为存活。
• 清除阶段： 在标记阶段之后，所有未被标记的对象被认为是垃圾，它们的内存将被释放。
  以下是一个简单的标记-清除垃圾收集器的伪代码实现：

  function mark_sweep_gc():
  # 标记阶段
  mark_all_reachable_objects()
  # 清除阶段
  for each object in heap:
  if object is not marked:
  free(object)
  function mark_all_reachable_objects():
  # 从根对象开始标记所有可达对象
  mark_reachable_from(root_objects)
  function mark_reachable_from(root):
  # 递归地标记所有从给定对象可达的对象
  mark(root)
  for each reference in root:
  mark_reachable_from(reference)

  3. 实现细节
  在实现垃圾收集器时，有一些关键细节需要考虑：
• 并发问题： 当垃圾收集器正在运行时，应用程序可能仍在运行并修改引用关系。因此，需要确保垃圾收集器能够正确处理并发情况。一种常见的方法是使用读写锁来保护内存区域。
• 内存碎片： 清除阶段可能会导致大量内存碎片。为了提高内存利用率，可能需要实现一种压缩或整理算法来减少碎片。
• 性能优化： 垃圾收集可能会对应用程序性能产生影响。因此，需要仔细选择算法和参数，以在满足内存需求的同时尽量减少停顿时间。
• 弱引用和软引用： 在某些情况下，你可能希望垃圾收集器忽略某些对象。例如，弱引用允许垃圾收集器在内存不足时回收其引用的对象。软引用则允许在系统即将发生OutOfMemoryError时回收其引用的对象。这些情况需要特殊处理。
• 内存分配策略： 有多种方法可以在堆内存中分配新对象。一些常见的策略包括按代收集、分块分配等。