Java的GC机制

简介:

1.Java中finalize()的作用一主要是清理那些对象(并非使用new)获得了一块“特殊”的内存区域。程序员可以用finalize()来操作。 程序员都了解初始化的重要性,但常常会忘记同样也重要的清理工作。毕竟,谁需要清理一个int呢?但在使用程序库时,把一个对象用完后就“弃之不顾”的做法并非总是安全的。当然,Java有垃圾回收器负责回收无用对象占据的内存资源。但也有特殊情况:假定你的对象(并非使用new)获得了一块“特殊”的内存区域,由于垃圾回收器只知道释放那些经由new分配的内存,所以它不知道该如何释放该对象的这块“特殊”内存区域,为了应对这种情况,java允许在类中定义一个名为finalize()的方法。它的工作原理“假定”是这样的:一旦垃圾回收器准备好释放对象占用的存储孔家,将首先调用其finalize()的方法。并且在下一次垃圾回收动作发生时,才会真正回收对象占用的内存。所以要是你打算用finalize(),就能在垃圾回收时刻做一些重要的清理工作。注意这里的finalize()并不是C++里的析构.在C++中,对象一定会被销毁,而在Java里的对象却并非总是被垃圾回收(1.对象可能不被垃圾回收;2.垃圾回收并并不等于“析构”)。

2.垃圾回收只与内存有关。也就是说,使用垃圾回收器的唯一原因是为了回收程序不再使用的内存。所以对于与垃圾回收有关的任何行为来说(尤其是finalize()方法),它们也必须同内存及其回收有关。但这是否意味着要是对象中含有其他对象,finalize()就应该明确释放那些对象呢?不,无论对象是如何创建的,垃圾回收器都会负责释放对象占据的所有内存。这就将对finalize()的需求限制到一种特殊情况,即通过某种创建对象方式以外的方式为对象分配了存储空间。不过,java中一切皆为对象,那这种特殊情况是怎么回事呢?由于在分配内存时可能采用了类似C语言中的做法,而非java中的通常做法。这种情况主要发生在使用“本地方法”的情况下,本地方法是一种在Java中调用非Java代码的方式。在非java代码中,也许会调用C的malloc()函数系列来分配存储空间,而且除非了free()函数

3.垃圾回收如何工作

“引用记数(reference counting)”是一种简单但速度很慢的垃圾回收技术。每个对象都含有一个引用记数器,当有引用连接至对象时,引用计数加1。当引用离开作用域或被置为null时,引用计数减1。虽然管理引用记数的开销不大,但需要在整个程序生命周期中持续地开销。垃圾回收器会在含有全部对象的列表上遍历,当发现某个对象的引用计数为0时,就释放其占用的空间。这种方法有个缺陷,如果对象之间存在循环引用,可能会出现“对象应该被回收,但引用计数却不为零”的情况。对垃圾回收器而言,定位这样存在交互引用的对象组所需的工作量极大。引用记数常用来说明垃圾收集的工作方式,似乎从未被应用于任何一种Java虚拟机实现中。


在一些更快的模式中,垃圾回收器并非基于引用记数技术。它们依据的思想是:对任何“活”的对象,一定能最终追溯到其存活在堆栈或静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。由此,如果你从堆栈和静态存储区开始,遍历所有的引用,就能找到所有“活”的对象。对于发现的每个引用,你必须追踪它所引用的对象,然后是此对象包含的所有引用,如此反复进行,直到“根源于堆栈和静态存储区的引用”所形成的网络全部被访问为止。你所访问过的对象必须都是“活”的。注意,这就解决了“存在交互引用的整体对象”的问题,这些对象根本不会被发现,因此也就被自动回收了。


在这种方式下,Java虚拟机将采用一种“自适应”的垃圾回收技术。至于如何处理找到的存活对象,取决于不同的Java虚拟机实现。有一种作法名为“停止——复制”(stop-and-copy)。这意味着,先暂停程序的运行,(所以它不属于后台回收模式),然后将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆,没有被复制的全部都是垃圾。当对象被复制到新堆时,它们是一个挨着一个的,所以新堆保持紧凑排列,然后就可以按前述方法简单、直接地分配新空间了。

“标记——清扫”所依据的思路同样是从堆栈和静态存储区出发,遍历所有的引用,进而找出所有存活的对象。每当它找到一个存活对象,就会给对象设一个标记,这个过程中不会回收任何对象。只有全部标记工作完成的时候,清除动作才会开始。在清处过程中,没有标记的对象将被释放,不会发生任何复制动作。所以剩下的堆空间是不连续的,垃圾回收器要是希望得到连续空间的话,就得重新整理剩下的对象。


“停止——复制”的意思是这种垃圾回收方式不是在后台进行的;相反,垃圾回收动作发生的同时,程序将会被暂停。在Sun 公司的文档中你会发现,许多参考文献将垃圾回收视为低优先级的后台进程,但事实上垃圾回收器并非以这种方式实现——至少Sun公司早期版本的Java虚拟机中并非如此。当可用内存数量较低时,Sun版中的垃圾回收器才会被激活,同样,“标记——清扫”工作也必须在程序暂停的情况下才能进行。


如前文所述,这里讨论的Java虚拟机,内存分配单位是较大的“块”。如果对象较大,它会占用单独的块。严格来说,“停止——复制”要求你在释放旧有对象之前,必须先把所有存活对象从旧堆复制到新堆,这将导致大量内存复制行为。有了块之后,垃圾回收器在回收的时候就可以往废弃的块里拷贝对象了。每个块都用相应的“代数(generation count)”记录它是否还存活。通常,如果块在某处被引用,其代数会增加;垃圾回收器将对上次回收动作之后新分配的块进行整理。这对处理大量短命的临时对象很有帮助。垃圾回收器会定期进行完整的清除动作——大型对象仍然不会被复制(只是其代数会增加),内含小型对象的那些块则被复制并整理。Java虚拟机会进行监视,如果所有对象都很稳定,垃圾回收器的效率降低的话,就切换到“标记——清扫”方式;同样, Java虚拟机会注意“标记——清扫”的效果,要是堆空间出现很多碎片,就会切换回“停止——复制”方式。这就是“自适应”技术。你可以给它个罗嗦的称呼:“自适应的、分代的、停止——复制、标记——清扫”式垃圾回收器。


Java虚拟机中有许多附加技术用以提升速度。尤其是与加载器操作有关的,被称为“即时”(Just-In-Time,JIT)编译的技术。这种技术可以把程序全部或部分翻译成本地机器码(这本来是Java虚拟机的工作),程序运行速度因此得以提升。当需要装载某个类(通常是在你为该类创建第一个对象)时,编译器会先找到其 .class 文件,然后将该类的字节码装入内存。此时,有两种方案可供选择。一种是就让即时编译器编译所有代码。但这种做法有两个缺陷:这种加载动作散落在整个程序生命周期内,累加起来要花更多时间;并且会增加可执行代码的长度(字节码要比即时编译器展开后的本地机器码小很多),这将导致页面调度,从而降低程序速度。另一种做法称为“惰性编译(lazy uation)”,意思是即时编译器只在必要的时候才编译代码。这样,从不会被执行的代码也许就压根不会被JIT所编译。新版JDK中的Java HotSpot技术就采用了类似方法,代码每次被执行的时候都会做一些优化,所以执行的次数越多,它的速度就越快。

参考资料:《Java编程思想第四版》,《深入Java虚拟机》


本文转自 jasonteststudy 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/jasonteststudy/1183326


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