内存管理与垃圾回收（GC）策略详解

# 1. 内存管理基础概念

#### 1.1 什么是内存管理
内存管理是指对计算机系统中的内存资源进行合理分配和有效利用的过程。它涉及到内存的分配、回收和整理，以及内存碎片的处理等工作。

#### 1.2 内存管理的重要性
内存管理对于系统的性能和稳定性至关重要。合理的内存管理可以避免内存泄漏和内存溢出等问题，有效地提高系统的运行效率和资源利用率。

#### 1.3 内存分配与释放
在程序运行过程中，需要不断地进行内存分配与释放。内存分配是为程序提供内存空间以存放数据和代码，而内存释放则是当内存不再需要时将其归还给系统。常见的内存分配方式包括静态分配和动态分配，而内存释放则需要开发者手动管理或依赖垃圾回收机制来完成。

# 2. 垃圾回收（GC）概述

垃圾回收（Garbage Collection，简称GC）是一种自动管理内存的机制，它负责跟踪和回收不再使用的内存，使得开发人员无需手动分配和释放内存，大大简化了内存管理的工作。

### 2.1 什么是垃圾回收

在编程中，当我们创建对象或者申请一段内存空间时，都需要记得主动释放它们，否则会导致内存泄漏问题。垃圾回收机制的主要作用就是帮助我们自动回收那些不再被使用的对象或者内存，避免它们堆积过多，降低内存占用。

### 2.2 垃圾回收的作用

垃圾回收的主要作用有以下几点：

- **释放内存资源**：垃圾回收可以自动识别并回收不再使用的对象或者内存，从而释放它们占用的资源，提高系统的可用内存空间。
- **避免内存泄漏**：通过垃圾回收机制，开发人员无需手动释放对象或者内存，避免遗忘释放而导致的内存泄漏问题。
- **减少程序员的负担**：垃圾回收机制能够自动管理内存，减少开发人员的内存管理工作量，提高开发效率。
- **提供更高的安全性**：垃圾回收可以帮助我们检查悬垂指针（Dangling Pointer）等错误，提供更高的代码安全性。

### 2.3 常见的垃圾回收算法

垃圾回收算法是指实际实现垃圾回收机制的具体算法，常见的垃圾回收算法有以下几种：

- **标记-清除算法（Mark and Sweep）**：该算法通过标记所有活动对象，然后清除所有未被标记的对象来回收内存。优点是可以处理任意类型的内存分配和释放，缺点是会产生内存碎片。
- **复制算法（Copying）**：该算法将内存分为两个相等的部分，每次只使用其中一个部分。当一个部分的内存用完后，就将活动对象复制到另一个部分，然后将不再被使用的对象全部回收。优点是简单高效，缺点是浪费一半的内存空间。
- **标记-整理算法（Mark and Compact）**：该算法先标记所有活动对象，然后将它们整理到一端，将不再被使用的对象清理掉，从而回收内存。优点是能够解决标记-清除算法产生的内存碎片问题，但需要额外的内存移动操作。

以上是垃圾回收的基本概念和常见算法，下一章节将深入解析各种垃圾回收算法的原理和实现细节。

# 3. 垃圾回收算法深入解析

垃圾回收算法是内存管理中至关重要的一部分，不同的算法对于内存的利用效率和程序性能都有着重要影响。下面我们将深入解析几种常见的垃圾回收算法。

#### 3.1 标记-清除算法（Mark and Sweep）
标记-清除算法是最基本的垃圾回收算法之一。它分为两个阶段，第一阶段是标记阶段，通过从根对象出发，标记所有可以访问到的对象；第二阶段是清除阶段，对于未被标记的对象，即认为是无用对象，进行回收操作。

// Java示例代码
class MarkAndSweepGC {
    public void mark() {
        //