本文希望分享一个轻量版增量垃圾回收器实现：TGC

目标：

  1. 不能stop the world
  2. 选择使用，无需全局替换
  3. 使用方便，无需繁琐的手动注册
  4. 尽量轻量实现，方便集成和维护
  5. 尽量贴合C++自身特点实现

目标用户：

如Blink GC的需求一样，用shared_ptr已经无法方便解决生命周期问题的情况。但是Blink GC太复杂(不然也不会有本文), Boehm GC有需要操作系统特殊支持等使用限制。

实现思路分析：

  1. 使用传统的标记清除演算法的话，要不停顿，可以增量或者并行。
  2. C++不好处理内存整理的操作，因为C++内存内的数据直接拷贝会有很多限制。
  3. 并行回收会较大增加实现复杂度。
  4. python的引用计数加扫描标记可以很快回收临时垃圾，C++有RAII
  5. 可用3色标记增量演算法，实现简单，但吞吐量小
  6. 智能指方式针兼容性较好，可以和三方库、遗留代码并存
  7. 可以与已有内存池对接更好
  8. 不优先考虑：
    1. 性能，性能敏感和GC是矛盾的，要处理好太复杂
    2. 吞吐量，C++不像Java等语言一样必须重度依赖GC

其实很多相关技术都很成熟了，所以这里我无需重复，只想分享一下C++特定的问题：

最开始我是实现的引用计数加标记回收的方式，好处是大部分垃圾都可以用引用计数处理，循环引用才由扫描标记回收，但是实现中发现逻辑很复杂很不稳定。这有悖于轻量的原则，所以放弃了这种方式，全部由标记回收方式统一处理。

首先，GC中保存所有的指针用于扫描，也保存了每个对象对应的meta信息用于保存：回收状态、类信息。类信息包括：成员指针偏移，构造析构器，子指针枚举器。因为C++本身的限制，这些信息在编译时间很难方便的获取到（也不是不可以，但是大大增加了复杂度），所以TGC综合权衡后，采用牺牲部分性能的动态方式。

怎么发现根

  1. 默认构造的指针都是根，比如全局变数
  2. 指针注册到GC中时查找owner对象（即包容这个指针成员的class实例）找不到即为根

怎么跟踪引用关系：

  1. Class对象中成员指针，指针构造时查找owner并注册到owner的meta中。
  2. 容器中保存指针元素，对容器，特化子指针枚举器，然后在标记阶段通过枚举器标记所有子指针为叶子。
  3. 所有可能保存指针的复合对象都需要为可跟踪的，除了标准容器，还有function对象
  4. 函数栈上的指针怎么处理？无需处理由于收集函数是手动在事件循环外触发，此时已经退出大部分函数，RAII已经清除了栈上的指针。

容器这里有个难点，在构造指针的时候无法很简单的判断出自己是否在容器中，因此推迟到枚举器里面标记，因为在枚举器中一定就是叶子。

这里很多细节没有具体讨论，可以查看TGC的实现。

限制：

  1. 如shared ptr一样必须用指定方式构造对象
  2. 可以不使用gc容器，因为RAII可以保证指针销毁时从gc自动清除。但是脱离gc容器可能引起循环引用无法释放导致RAII无法执行析构，从而无法从gc中清除引用造成泄露。
  3. 从gc指针取出的原始指针，将脱离gc的管理。
  4. 因为三色标记的原因，扫描阶段的指针变化需要特殊处理（write barrier），所以gc指针的复制操作有一点点消耗（tgc中的onPtrChanged实现）
  5. 为了简化实现，未考虑异常和多线程。

由于只有小规模使用，因此TGC未必达到生产质量，请有兴趣的朋友提issue。笔者能力有限，如有错误请不吝赐教。


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