标记-整理算法的压缩阶段原理及其实现

标记-整理算法压缩阶段的核心目标是消除内存碎片，通过三步严格序贯操作实现：先计算存活对象新地址并写入forwarding指针，再更新所有引用指向新地址，最后按新地址移动对象数据。

标记-整理算法的压缩阶段，核心目标是消除内存碎片——它不只回收垃圾，还要把所有存活对象“归拢”到堆内存的一端，腾出一大块连续空闲空间。这个过程不是简单清理，而是涉及对象移动、地址重算和引用更新三重操作。

压缩阶段的关键步骤

压缩不是一步到位，而是严格分序执行，避免移动中覆盖或引用错乱：

• 计算新位置：遍历整个堆，对每个已标记的存活对象，按顺序分配紧邻的新地址（通常从堆底开始），并将其写入对象头的 forwarding 指针中；
• 更新所有引用：扫描全局（包括栈、寄存器、其他对象字段等），将所有指向原地址的引用，替换成 forwarding 指针所记录的新地址；
• 实际移动对象：最后才按新地址顺序，把对象数据逐个复制过去——此时因引用已全部更新，不会出现“边搬边用”的冲突。

为什么必须先更新引用再移动？

因为压缩在原堆空间内完成（不依赖额外半区），若先移动对象，而某些引用还指向旧地址，就可能读到被覆盖的脏数据，或导致对象被重复移动。forwarding 指针正是为解耦“定位”与“搬运”而设——它让引用更新有据可依，也使移动可安全延迟。

典型实现：Lisp2 算法

Lisp2 是最经典的标记-压缩实现，其结构清晰体现上述逻辑：

• 每个对象头预留 forwarding 字段，初始为空；
• 第一遍扫描填 forwarding（确定去哪）；
• 第二遍扫描更新所有跨对象引用（告诉别人去哪找）；
• 第三遍真正复制对象（按 forwarding 执行搬迁）。

该算法不要求对象大小一致，适用通用 JVM 堆，但需三次遍历，停顿时间相对较高。

压缩带来的实际影响

压缩后堆呈现“存活区 + 空闲区”的整齐格局：

• 新对象分配只需维护一个指针（如 bump pointer），极快；
• 不再需要复杂空闲链表管理碎片块；
• 但移动对象本身开销大，尤其当存活率高、堆巨大时，GC 暂停时间明显延长。

所以 CMS 放弃压缩，G1 则采用分区+局部压缩策略来折中。