據我所能查到的資料，基於複製的GC演算法最早是Marvin Minsky提出來的。

這個演算法的思路很簡單，總的來說，就是把空間分成兩部分，一個叫分配空間（Allocation Space），一個是倖存者空間（Survivor Space）。建立新的物件的時候都是在分配空間裡建立。在GC的時候，把分配空間裡的活動物件複製到Survivor Space，把原來的分配空間全部清空。然後把這兩個空間交換，就是說Allocation Space變成下一輪的Survivor Space，現在的Survivor Space變成Allocation Space。

在有些文獻中，或者實現中，allocation space也會被稱為from space，survivor space也被稱為to space。JVM程式碼中，這兩套命名方式都會出現，所以搞清楚這點比較有好處。我們的文章中，為了方便後面解析JVM程式碼，還是使用from space和to space來指代分配空間和倖存者空間。

copy gc的想法很簡單，但真要使用程式碼實現出來，還是有很多細節要處理的。我從最基本最原始的演算法開始介紹，希望能從淺入深地把這個事情說清楚。

樸素的Copy演算法

最早的，最簡單的copy演算法，是把程式執行的堆分成大小相同的兩半，一半稱為from空間，一半稱為to空間。利用from空間進行分配，當空間不足以分配新的物件的時候，就會觸發GC。GC會把存活的物件全部複製到to空間。當複製完成以後，會把 from 和 to 互換。

用圖來表示就是這樣的：

此時，from空間已經滿了，A物件存活，A又引用了C和D，所以C和D也是活躍的。已經沒有任何地方引用B物件了，那麼B就是垃圾了。這時候，如果想再建立一個新的物件就不行了，這時就會執行GC演算法，將A，C，D都拷貝到新的空間中去。

然後把原來的空間全部清空。這樣，就完成了一次垃圾回收。

有幾個問題要解決，第一個問題，如何判斷A和B是否存活。因為C和D是被A引用的，那麼，A如果是存活的，C和D就是存活的，這個相對簡單一些。我們先看一下Java程式中怎麼樣的：

public static void foo() {
    A a = new A();
    bar();
    E e = new E();
}

public static void bar() {
    B b = new B();
}

在上面的例子中，在建立物件E的時候，已經從bar的呼叫中返回了。這個時候，物件a還存活於foo的呼叫棧裡，而b已經沒有任何地方會去引用它了——原來唯一的引用，bar的棧空間，已經消失了。所以b就變成了垃圾。而這個時候由於from空間不足，無法正確地建立E，所以，就會執行GC，這時候 b 做為垃圾就被回收了。

可見，如果存在一個從棧上出發到物件的引用，那麼這個物件就是存活的。所以我們把棧上的這種引用稱為roots。roots包含很多內容，除了棧上的引用，JNIHandle，Universe等等都會有向堆上的引用，但在我的文章裡，只以棧上的引用做為roots來講解。

Copy的實現

複製GC演算法，最核心的就是如何實現複製。我用虛擬碼來表示：

void copy_gc() {
    for (obj in roots) {
        *obj = copy(obj);
    }
}

obj * copy(obj) {
    if (!obj.visited) {
        new_obj = to_space.allocate(obj.size);
        copy_data(new_obj, obj, size);
        obj.visited = true;
        obj.forwarding = new_obj;

        for (child in obj) {
            *child = copy(child);
        }
    }

    return obj.forwarding;
}

演算法的開始是從roots的遍歷開始，然後對每一個roots中的物件都執行copy方法。

如果這個物件沒有被訪問過，那麼就在to space中分配一個與該物件大小相同的一塊記憶體，然後把這個物件的所有資料都拷貝過去（copy data），然後把它的visited標記為true，它的forwarding記為新的地址。

接著遍歷這個物件的所有引用，執行copy。這個過程是一個典型的深度優先搜尋。

然後，還有最重要的一步，把forwarding做為返回值，返回給用者，讓它更新引用。為什麼要有forwarding這個屬性呢？看起來很麻煩的樣子，我直接在分配完了就把引用我的指標改掉不就行了嗎？

考慮這樣一種情況，A和B都引用了C：

然後我們執行copy演算法，A先拷到to space，然後C又拷過去，這時候，空間裡的引用是這種狀態：

A和C都拷到新的物件裡了，原來的引用關係還是正確的，美滋滋。但是B就慘了，它並不知道自己引用的C已經被拷貝了。當我們訪問完B以後，對於它所引用的C，只看到C已經被搬走了，但並不知道搬到哪裡去了。這就是forwarding的含義，我們可以在C上留下一個地址，告訴後來的人，這個地址已經失效了，你要找的物件已經搬到某某地了，然後你只要把引用更新到新的地址就好了。

舉個例子，你有一個通訊錄，上面記了你朋友家的地址在東北旺西路南口18號，當你按這個地址去找他的時候，看見他家門口貼了一張紙條，說我已經搬到北京西站南廣場東81號了。好，那你就可以把這個新的地址更新到通訊錄裡了，下次，你按照新的地址還能找到你的朋友。

如上圖所示，當B再去訪問C的時候，就看到C已經被拷貝過了，而C通過forwarding指標引用了新的地址，那麼B就可以根據這個新的地址把自己對C的引用變成對C'的引用。

Copy GC的特點

在普通的應用程式中，有大量的物件生命週期並不長，很多都是建立了以後沒多久，就會變成垃圾（例如，一個函式通出以後，它所使用的區域性變數都全都是垃圾了）。所以，在執行Copy GC時，存活的物件會比較少。我們執行Copy GC只要把還存活的物件拷貝到倖存者空間就可以了。當存活物件少的時候，GC演算法的效率就會比較高。這時，演算法就有很高的吞吐量。

至於Copy GC的更多內容，我們下期再講。