4.5 內(nèi)存垃圾回收問(wèn)題
那本譚浩強(qiáng)主編的Java入門(mén)教材說(shuō)：
……
1、簡(jiǎn)單性
設(shè)計(jì)Java語(yǔ)言的出發(fā)點(diǎn)就是容易編程，不需要深?yuàn)W的知識(shí)。Java語(yǔ)言的風(fēng)格十分接近C++語(yǔ)言，但要比C++簡(jiǎn)單得多。Java舍棄了一些不常用的、難以理解的、容易混淆的成分，如運(yùn)算符重載、多繼承等。增加了自動(dòng)垃圾搜集功能，用于回收不再使用的內(nèi)存區(qū)域。這不但使程序易于編寫(xiě)，而且大大減少了由于內(nèi)存分配而引發(fā)的問(wèn)題。
……
這樣類似的描述出現(xiàn)在眾多的Java入門(mén)級(jí)教材中，非常容易讓人們忽略了內(nèi)存垃圾回收的問(wèn)題，其實(shí)Java的垃圾回收問(wèn)還是需要關(guān)注一下的。這個(gè)問(wèn)題在招聘單位的筆試題中出現(xiàn)的頻率也比較高，我們需要好好的研究一下Java的垃圾回收機(jī)制。
4.5.1 什么是內(nèi)存垃圾，哪些內(nèi)存符合垃圾的標(biāo)準(zhǔn)
我們?cè)谇懊嬷v過(guò)了，堆是一個(gè)"運(yùn)行時(shí)"數(shù)據(jù)區(qū)，是通過(guò)"new"等指令建立的，Java的堆是由Java的垃圾回收機(jī)制來(lái)負(fù)責(zé)處理的，堆是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存大小，垃圾收集器可以自動(dòng)回收不再使用的內(nèi)存空間。
也就是說(shuō)，所謂的"內(nèi)存垃圾"是指在堆上開(kāi)辟的內(nèi)存空間在不用的時(shí)候就變成了"垃圾"。
C++或其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，必須由程序員自行聲明產(chǎn)生和回收，否則其中的資源將消耗，造成資源的浪費(fèi)甚至死機(jī)。但手工回收內(nèi)存往往是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作。因?yàn)橐A(yù)先確定占用的內(nèi)存空間是否應(yīng)該被回收是非常困難的！如果一段程序不能回收內(nèi)存空間，而且在程序運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中又沒(méi)有了可以分配的內(nèi)存空間時(shí)，這段程序就只能崩潰。
Java和C++相比的優(yōu)勢(shì)在于，這部分"垃圾"可以被Java
虛擬機(jī)（JVM）中的一個(gè)程序發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)清除掉，而不用程序員自己想著"delete"了。
Java語(yǔ)言提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的線程，即垃圾收集器線程（Garbage Collection
Thread），來(lái)跟蹤每一塊分配出去的內(nèi)存空間，當(dāng)JVM處于空閑循環(huán)時(shí)，自動(dòng)回收每一塊可以回收的內(nèi)存。
4.5.1.1 垃圾回收工作機(jī)制
垃圾收集器線程它是一種低優(yōu)先級(jí)的線程，它必須在一個(gè)Java程序的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)內(nèi)存空閑的時(shí)候才去進(jìn)行回收處理。
垃圾收集器系統(tǒng)有其判斷內(nèi)存塊是否需要回收的判斷標(biāo)準(zhǔn)的。垃圾收集器完全是自動(dòng)被執(zhí)行的，它不能被強(qiáng)制執(zhí)行，即使程序員能明確地判斷出某一塊內(nèi)存應(yīng)該被回收了，也不能強(qiáng)制執(zhí)行垃圾回收程序進(jìn)行垃圾回收。
程序員可以做的只有調(diào)用"System.gc()"來(lái)"建議"執(zhí)行垃圾收集器程序，但是這個(gè)垃圾收集程序什么時(shí)候被執(zhí)行以及是否被執(zhí)行了，都是不不能控制的。但是雖然垃圾收集器是低優(yōu)先級(jí)的線程，卻在系統(tǒng)內(nèi)存可用量過(guò)低時(shí)，它仍然可能會(huì)突發(fā)地執(zhí)行來(lái)挽救系統(tǒng)。
4.5.1.2 哪些符合"垃圾"標(biāo)準(zhǔn)
如果想了解JVM的垃圾回收，就必須要知道JVM垃圾回收的標(biāo)準(zhǔn)。
垃圾收集器的"垃圾"標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)象已經(jīng)不能被程序中的其他程序所引用的時(shí)候，那么這個(gè)對(duì)象的內(nèi)存空間已經(jīng)沒(méi)有用了。
比如當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢時(shí)，在這個(gè)方法中聲明的對(duì)象就超出其聲明周期，這時(shí)候就可以被當(dāng)作垃圾收集了，只有當(dāng)這個(gè)方法被再次被調(diào)用時(shí)才會(huì)被重新創(chuàng)建。
例如：
……
public void function(){
OBJ obj=new OBJ();
……
}
……
|
另外還可以將對(duì)象的引用變量初始化為null值，也可以來(lái)暗示垃圾收集器來(lái)收集該對(duì)象。
例如：
……
OBJ obj=new OBJ();
Obj=null;
……
|
finalize()在該對(duì)象垃圾回收前調(diào)用
垃圾收集器跟蹤每一個(gè)對(duì)象，把那些不可到達(dá)的對(duì)象占有的內(nèi)存空間收集起來(lái)，并且在每次進(jìn)行垃圾收集之前，垃圾收集器都會(huì)調(diào)用一下finalize()方法。Java語(yǔ)言允許程序員給任何對(duì)象添加finalize(
)方法，但也不能過(guò)分依賴該方法對(duì)系統(tǒng)資源的回收和再利用，因?yàn)檫@個(gè)方法調(diào)用后的執(zhí)行結(jié)果是不可預(yù)知的。對(duì)于任何給定對(duì)象，Java 虛擬機(jī)最多只調(diào)用一次
finalize 方法。
我們用這個(gè)程序來(lái)演示一下：
public class finalizeTest{
public static void main( String[] args ){
finalizeTest ft=new finalizeTest();
ft.loading();
byte bs[]=new byte[1450000];
}
public void loading(){
test t=new test();
t.callme();
}
}
class test{
protected void finalize(){
System.out.println("call finalize");
}
public void callme(){
System.out.println("callme");
}
}
|
我們?cè)诿钚兄墟I入如下命令：
程序運(yùn)行結(jié)果如圖 3
10所示。
這時(shí)候，我們將JVM所許可使用的最大內(nèi)存設(shè)置成"1k"，當(dāng)內(nèi)存被占滿前JVM會(huì)首先去進(jìn)行內(nèi)存回收，于是失去活動(dòng)的"test"對(duì)象被回收，在回收前調(diào)用了"finalize()"。
4.5.2 JVM垃圾回收的相關(guān)知識(shí)
JVM使用的是分代垃圾回收的方式，主要是因?yàn)樵诔绦蜻\(yùn)行的時(shí)候會(huì)有如下特點(diǎn)：
大多數(shù)對(duì)象在創(chuàng)建后很快就沒(méi)有對(duì)象使用它了。
大多數(shù)在一直被使用的對(duì)象很少再去引用新創(chuàng)建的對(duì)象。
因此就將Java對(duì)象分為"年輕"對(duì)象和"年老"對(duì)象，JVM將內(nèi)存堆（Heap）分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是"年輕"區(qū)，另一個(gè)是"老"區(qū)，Java將這兩個(gè)區(qū)域分別稱作是"新生代"和"老生代"。
"新生代"區(qū)域中，絕大多數(shù)新創(chuàng)建的對(duì)象都存放在這個(gè)區(qū)域里，此區(qū)域一般來(lái)說(shuō)較小而且垃圾回收頻率較高，同時(shí)因?yàn)?新生代"采用的算法和其存放的對(duì)象的特點(diǎn)，使該區(qū)域垃圾回收的效率也非常高。
而"老生代"區(qū)域中存放的是在"新生代"中生存了較長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)象，這些對(duì)象將被轉(zhuǎn)移到"老生代"區(qū)。這個(gè)區(qū)域一般要大一些而且增長(zhǎng)的速度相對(duì)于"新生代"要慢一些，"老生代"垃圾回收的執(zhí)行頻率也會(huì)低很多。
由于JVM在垃圾回收處理時(shí)會(huì)消耗一定的系統(tǒng)資源，因此有時(shí)候通過(guò)JVM啟動(dòng)的時(shí)候添加相關(guān)參數(shù)來(lái)控制"新生代"區(qū)域的大小，來(lái)調(diào)整垃圾回收處理的頻率非常有用。以便于我們更合理的利用系統(tǒng)資源。
"新生代"區(qū)域設(shè)置參數(shù)是"-Xmn"，用這個(gè)參數(shù)可以制定"新生代"區(qū)域的大小。
我們來(lái)舉一個(gè)例子說(shuō)明：
我們就用系統(tǒng)自帶的程序作為例子，在命令行上鍵入如下指令：
CD C:"java"demo"jfc"SwingSet2[回車]
C:"java"demo"jfc"SwingSet2>java -jar -verbose:gc
-Xmn4m XX:+PrintGCDetails SwingSet2.jar[回車]
|
上面加入了一個(gè)新的參數(shù)"XX:+PrintGCDetails"，這個(gè)參數(shù)能夠打印出GC的詳細(xì)信息。屏幕輸出如下（節(jié)選）：
[GC [DefNew: 3469K->84K(3712K), 0.0007778 secs]
23035K->19679K(28728K), 0.0009191 secs]
[GC [DefNew: 3284K->171K(3712K), 0.0007283 secs]
22878K->19766K(28728K), 0.0008669 secs]
[GC [DefNew: 3476K->260K(3712K), 0.0008504 secs]
23071K->19855K(28728K), 0.0009862 secs]
[GC [DefNew: 3502K->87K(3712K), 0.0009267 secs]
23096K->19682K(28728K), 0.0010610 secs]
|
我們需要解釋一下輸出的詳細(xì)內(nèi)容的意思，拿第一行輸出來(lái)說(shuō)：
"DefNew: 3469K->84K(3712K), 0.0007778
secs"是指"新生代"的垃圾回收情況，這里的意思是從占用3469K內(nèi)存空間變?yōu)?4K內(nèi)存空間，用時(shí)0.0007778秒。
"23035K->19679K(28728K), 0.0009191
secs"是指總體GC的回收情況，整體堆空間占用從23035K降低到19679K的水平，用時(shí)0.0009191秒。
那么，這時(shí)候我們?cè)趯?新生代"的內(nèi)存設(shè)為8M，并把堆的最大可控值設(shè)定為32M，再去執(zhí)行，鍵入如下指令：
java -jar -verbose:gc -Xmn8m -Xmx32m
XX:+PrintGCDetails SwingSet2.jar[回車]
|
得到的結(jié)果如下（節(jié)選）：
[GC [DefNew: 6633K->6633K(7424K), 0.0000684 secs]
[Tenured: 18740K->18820K(24576K), 0.0636505 secs]
25374K->18820K(32000K), 0.0639274 secs]
[GC [DefNew: 6646K->6646K(7424K), 0.0002581 secs]
[Tenured: 18820K->18884K(24576K), 0.0651957 secs]
25467K->18884K(32000K), 0.0658804 secs]
[GC [DefNew: 6611K->6611K(7424K), 0.0000668 secs]
[Tenured: 18884K->18505K(24576K), 0.0931406 secs]
25496K->18505K(32000K), 0.0934295 secs]
|
這個(gè)結(jié)果說(shuō)明：
"[DefNew: 6633K->6633K(7424K), 0.0000684
secs]"是指"新生代"的垃圾回收情況，這里的意思是從占用6633K內(nèi)存空間變?yōu)?633K內(nèi)存空間，用時(shí)0.
0000684秒。
"25374K->18820K(32000K), 0.0639274
secs"是指總體GC的回收情況，整體堆空間占用從25374K降低到18820K的水平，用時(shí)0. 0639274秒。
"[Tenured:
18740K->18820K(24576K), 0.0636505
secs]"是指"老生代"GC的回收情況，整體堆空間占用從18740K降低到18820K的水平，用時(shí)0.0009012秒。
通過(guò)這些參數(shù)的調(diào)整我們可以看到在處理垃圾收集問(wèn)題時(shí)，從垃圾回收的頻率是時(shí)間方面的變化，我們可以根據(jù)不同程序的不同情況予以調(diào)整。
最后有必要提一下GC的相關(guān)參數(shù)：
-XX:+PrintGCDetails
顯示GC的詳細(xì)信息
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime
打印應(yīng)用執(zhí)行的時(shí)間
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime
打印應(yīng)用被暫停的時(shí)間
注：":"后的"+"號(hào)表示開(kāi)啟此選項(xiàng),如果是"-"號(hào)那么表示關(guān)閉此選項(xiàng)。