浅谈Java垃圾收集

23 September 2009

尽管这是一个被大家说烂了的话题，但是，还是写一写，主要是为了理清自己的思路而已 ~

内存管理是很多程序的关键因素，以前写 C 的时候，无数的 malloc ， free ，老师强调了无数遍，有一个 malloc 就应该对应一个 free ，否则，内存泄漏就会像噩梦一样缠绕着你。后来写 C++ ，换成了 new 和 delete ，最后学 Java 的时候，老师讲了， Java 做的比较好，不用程序员去管内存的申请和释放。因为 Java 里内置了一个 GC （ Garbage Collector ，垃圾收集器），他会负责所有 Java 的内存管理。但是，当时不太明白 GC 的原理是什么， Java 中有个 new ，但是没见到有 delete ， free ，或者 remove 之类的表示释放内存的啊。后来自己研究了一下，下面是一些研究心得，有错误轻拍啊 ~

一． 什么是 GC ？

首先说，什么是 GC ？在这之前，先搞清楚什么是堆，什么是栈，学过编译原理的可会能比较清楚些。

C 语言中，内存主要划分为数据段，代码段，堆，以及栈，数据段，代码段比较容易理解，数据段就是保存全局变量或常量，或者静态变量的地方，代码段顾名思义就是保存程序代码的，这两个区域在程序加载执行后是固定不变的，而内存的动态管理主要涉及堆，以及栈。

栈中通常保存的是局部变量，以及函数调用，比如 A 函数中声明了一个局部变量， varA ，这个变量就存在栈中， A 函数调用了 B 函数，那么，就会将 A 函数的运行状态入栈， B 函数入栈，栈顶是 B ，执行 B 。

堆中保存的就是动态申请的内存，在 C 中就是通过 malloc 获得的内存区域，使用完毕后需要 free 掉，通常所说的内存管理也是管理这部分内存，因为栈中通过函数调用，变量的生存期等自动的申请释放了。

上面所说的是 C 中的内存分配，那么在 Java 中会是什么样呢？

Java 中：

实例变量和对象驻留在堆上。

局部变量驻留在栈上。

这只是书上说的，但是好像还是不是很清楚，要想搞清楚，我们必须知道当我们在执行一句

AnObject anObj = new AnObject();

的时候，到底发生了什么。事实上， anObj 只是一个类似于 C 中指针（注意，只是类似，不完全一样）的变量，他实际上只是一个地址值（或者其它的什么，看 JVM 了），指向 AnObject （）在内存中的实际位置——堆中的某个位置。而所谓的局部变量驻留在栈上，指的是 anObj 这个类似于指针的值是保存在栈上的。可以这么说，所有的对象都是驻留在堆上，栈中保存的只是局部变量对堆上某个对象的引用。

不过有一点要注意，对象的实例变量也是保存在堆中的（不会有人不知道实例变量是什么吧）。

简单的说了堆和栈，回归正题， GC ， GC 的主要任务就是在 new 时，申请一份空间，当该对象没用时（一会说什么时候叫做“没用”）删除它，为其他对象腾地方。

GC 的工作原理：

好像有一种说法， GC 使用一种叫做标记和清除的算法，对于某种 Java 的实现，可能是这样，但是， Java 规范中并没有规定任何特定的实现（我理解，就是说，你怎么实现都行，只要能够实现申请和释放的功能就行）。我没有更深入的研究它的实现，因为我没想过要实现一个 JVM ，有兴趣的可以尝试一下。对于 Java 应用开发，需要知道什么时候一个对象到达被收集的标准了（也就是“没用了”），就可以了。

二． 收集条件

下面就来说一下比较重要的什么时候满足收集条件？

每个 Java 程序都会有一到多个线程，每个线程都具有自己的线程栈。通常，在一个 Java 程序中，至少会运行一个线程（也就是位于栈低的 main() ）。每个线程都有自己的生命期，（不太清楚线程的最好还是看看 OS 的书，或这比较好的 Java 书对线程也有介绍）。

收集条件就是：

没有任何活的线程能够访问一个对象时，该对象就符合垃圾收集条件。

根据这一定义，当 GC 发现一个对象不能被任何活线程访问时，就会认为该对象符合收集条件，在某一时刻将其删除（不确定的某个时刻，一会说什么时候 GC 执行）。什么叫做一个对象被线程访问呢，就是说，该线程中有一个引用变量指向的是该对象在堆中的位置。

这也就涉及到一个问题，一直以为 Java 中不会出现内存耗尽，因为有 GC 在，不会出现内存泄漏，事实上不是这样的，内存耗尽是可能的，例如你创建并保持访问太多的对象，就会出现内存耗尽。

可能通过上面的解释还是不能够具体的理解什么时候满足收集条件，下面举几个具体的例子：

1. 空引用

这是最简单的一种满足收集条件的情况：

StringBuffer sb = new StringBuffer(“GC”);

// 其它操作

Sb = null;

// 此时如果没有其它对象引用 StringBuffer(“GC”) （也就是没有进行过类似 xx=sb; 操作），那么 StringBuffer(“GC”) 在堆中的对象就满足收集条件。

2. 重新为引用变量赋值

StringBuffer sb = new StringBuffer(“GC”);

StringBuffer sbx = new StringBuffer(“Another”);

// 其它操作

Sb = sbx;

// 此时， sb 指向了 sbx 所指向的 Another 对象，没有引用变量再指向 GC 对象，那么该对象也满足收集条件。

3. 隔离引用

这一条可能是比较难理解的，简单说，就是尽管某个对象被其他人引用，但是引用者也在堆上，没有堆外的引用，那么引用者与被引用者都满足收集条件。

上面说过，对象的实例变量也保存在堆上，如果某个对象 A 的实例变量 i 引用另外一个对象 B ，但是除此之外没有其他人引用他们中的任何一个，那么他们两个都符合收集条件。示例如下：

public class A  
{
	A i;
	public static void main(String[] args) 
	{
		A  a1 = new A();
		A  a2 = new A();
		A  a3 = new A();
		a1.i = a2;
		a2.i = a3;
		a3.i = a1;
		a1 = null;
		a2 = null;
		a3 = null;
		//此时尽管有对堆上对象的引用，但是引用者也在堆上
	}
}

三． 什么时候执行 GC

下面来说一下什么时候 GC 会执行？

GC 受 JVM 控制，由 JVM 决定什么时候运行 GC 。但是 Java 规范并没有规定什么时侯执行 GC ，尽管我们可以请求执行 GC ，但是只是提建议，最终执行与否，完全看 JVM ，人家心情好，说不定会立即相应你，心情不好时，那你就等着吧。因此，绝对不能依赖于 JVM 请求 GC 来完成某种行为。

下面写个简单的请求 GC 的例子：

public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Runtime rt = Runtime.getRuntime();//获得Runtime
		System.out.println(rt.totalMemory());//全部内存
		System.out.println(rt.freeMemory());//空余内存
		Date[] sa = new Date[100000];
		for(int i=0; i<100000; i++){
			sa[i] = new Date();
		}
		System.out.println(rt.freeMemory());
		for(int i=0; i<100000; i++){
			sa[i] = null;
		}
		sa = null;
		System.out.println(rt.freeMemory());
		System.gc();//请求GC
		System.out.println(rt.freeMemory());
	}

该程序的输出结果为：

尽管这里显示的是 JVM 确实响应了请求，但是，再次强调，这是没有保证的。

OK ，就这些，继续努力 ~

JavaEE 5

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