标记-整理算法压缩阶段原理与实现详解

标记-整理算法的压缩阶段：将内存碎片“归拢”为连续整块

标记-整理算法压缩阶段的核心目标在于消除内存碎片，其实现遵循严格的三步序贯操作：首先计算存活对象的新地址并写入forwarding指针，然后更新所有引用使其指向新地址，最后按照新地址移动对象数据。

标记-整理算法的压缩阶段，核心任务是将内存中的碎片化空间彻底整理——不仅清除垃圾对象，还要把所有存活的对象如同搬家般有序地移动到堆的一端，从而形成一块连续的空闲区域。虽然听起来简单，但实际操作涉及对象移动、地址重算以及引用更新三重操作，每一步都必须严格按序执行，不能出现任何混乱。

压缩阶段的核心步骤

压缩并非直接搬运，必须严格遵循顺序，否则会导致数据错乱：

• 先计算新地址：从堆底开始遍历整个堆，对每个标记为存活的对象，按顺序分配一个紧挨着的新地址（通常起始于堆底），然后将该地址写入对象头部的forwarding指针中——相当于为每个对象贴上“新家地址条”；
• 再更新所有引用：接下来扫描全局作用域（包括栈、寄存器、其他对象中的字段），将所有指向旧地址的引用统一改为forwarding指针中记录的新地址——让所有“指路牌”都指向正确的新位置；
• 最后才移动对象：按照新地址的顺序，将对象数据逐个复制过去。此时引用已全部更新完毕，不会再出现“边搬边找”的冲突。

为什么必须先更新引用再移动？

因为压缩操作是在原堆空间内进行（不依赖额外的半区），如果先移动对象，而某些引用仍指向旧地址，就会导致读取到被覆盖的脏数据，或者对象被重复移动。forwarding指针的设计正是为了将“定位”与“搬移”两个步骤解耦——它使引用更新有据可查，也让对象移动可以安全地推迟到引用更新之后。

典型实现：Lisp2 算法

Lisp2 是最经典的标记-压缩实现，其结构清晰体现了上述逻辑：

• 第一遍扫描填充 forwarding 指针（确定目标地址）；
• 第二遍扫描更新所有跨对象引用（通知其他对象新位置）；
• 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，适用于通用 JVM 堆，但代价是需要三次遍历，停顿时间相对较长。

压缩带来的实际影响

压缩之后，堆空间呈现“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），分配速度极快；
• 不再需要复杂的空闲链表来管理碎片块；
• 但移动对象本身开销较大，尤其当存活率高、堆巨大时，GC 暂停时间会明显拉长。

因此 CMS 选择放弃压缩，而 G1 则采用分区 + 局部压缩的策略来折中——毕竟在性能与延迟之间，需要找到合理的平衡点。