《Java优化编程》之内存管理

在Java程序设计中，内存的申请、分配、释放都由JVM负责完成，因此开发人员就省去了这部分工作，不过这也意味着所开发的应用不是最优的。开发人员有必要对Java应用开发中与内存管理相关的技术做一定的了解。

      垃圾回收（Garbage Collection）是Java程序设计中内存管理的核心概念，那么在JVM运行环境中什么对象是垃圾呢？

定义如下：一个对象创建后被放置在JVM的对内存（heap）中，当永远不再引用这个对象时，它将被JVM在对内存中回收。被创建的对象不能再生，同时也没有办法通过程序语句释放它们。

我们也可以这样定义：当对象在JVM运行空间中无法通过根集合（Root set）到达时，这个对象就被称为垃圾对象。根集合是由类中的静态引用域与本地引用域组成的。

JVM管理的两种类型的内存：对内存（heap）和栈内存（stack）。堆内存主要用来存储程序在运行时创建或实例化的对象与变量，而栈内存则是用来存储程序代码中声明为静态（static）或（非静态）的方法。

堆内存（heap）通常被分成两个区域：新对象（new object）与老对象（old object）区域。

新对象区域又可以细分为三个小区域：伊甸园（Eden）区域、From区域与To区域。伊甸园区域用来保存新创建的对象，就像堆栈一样，当区域中的对象满了之后，JVM系统将做可达性测试，检测哪些对象由根集合出发是不可达的，这些对象就可被JVM回收，并且将其从伊甸园区域拷贝到To区域，此时一些对象将发生状态交换，有的对象就从To区域被转移到From区域，此时From区域就有了对象。

在老对象区域中的对象仍然会有一个较长的生命周期，但经过一段时间后，这些对象就会变成短命对象，也就是垃圾对象，从而被JVM回收，建议不要频繁地强制系统做垃圾回收，这样会影响系统的整体性能。

JVM中对象的生命周期大致可分为7个阶段：创建阶段（Creation）、应用阶段（Using）、不可视阶段（Invisible）、不可到达阶段（Unreachable）、可收集阶段（Collected）、终结阶段（Finalized）、释放阶段（Free）。

※     创建阶段

系统通过下面的步骤，完成创建对象的过程：

（1）       为对象分配存储空间。

（2）       开始构造对象。

（3）       递归调用其超类的构造方法。

（4）       进行对象实例初始化与变量初始化。

（5）       执行构造方法体。

创建对象时几个关键应用规则：

（1）       避免在循环体中创建对象，即使对象占用的内存空间不大。

（2）       尽量及时使对象符合垃圾回收标准。

（3）       不要采用过深的继承层次。

（4）       访问本地变量优于访问类中的变量。

※     应用阶段

在应用阶段，对象具备下列特征：

（1）       系统至少维护对象的一个强引用（Strong Reference）；

（2）       所有对该对象的引用全部是强引用，除非我们显示使用了软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）或虚引用（Phantom Reference）。

强引用是指JVM内存管理器从根引用集合（Root set）出发遍寻堆中所有到达对象的路径。当到达对象的任意路径都不含有引用对象时，这个对象的引用就被称为强引用。

软引用具有较强的引用功能，只有当内存不够的时候，才回收这类内存。另外这些引用对象还能保证在Java抛出OutOfMemory异常之前，被设置为NULL。它可以用于实现一些常用资源的缓存，实现Cache的功能，保证最大限度的试用内存而不引起OutOfMemory。但在某些时候对软引用的试用会降低应用程序的运行效率与性能。

弱引用对象与Soft引用对象的最大不同就在于：GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收Soft引用对象，而对于Weak引用对象，GC总是进行回收。Weak引用对象常用于Map结构中，引用占用内存空间比较大的对象，一旦对象的强引用为null时，这个对象的引用就不存在了，GC能够快速回收该对象。

虚引用的用途较少，主要用于辅助finalize函数的使用。

※     不可视阶段

当一个对象处在不可视阶段，说明我们不能在其它区域的代码中引用它，此时应该主动将其设置为空，帮助JVM及时地发现这个垃圾对象，并且回收系统资源。

※     可收集阶段、终结阶段与释放阶段

对象可能处于三种情况：

（1）       回收器发现该对象已经不可到达。

（2）       Finalize方法已经被执行。

（3）       对象空间已被重用。

Java程序设计中有关内存管理的其它经验：

（1）       最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。

（2）       尽量少用finalize函数。

（3）       如果需要使用经常用大的图片，可以使用soft应用类型。

（4）       注意集合数据类型，包括数组、树、图、链表等数据结构，这些数据结构对GC来说，回收更为复杂。另外注意一些全局变量，静态变量，这些变量往往容易造成不必要的内存资源浪费。

（5）       尽量避免在类的默认构造器中创建、初始化大量对象，防止在调用其自类的构造器时造成不必要的内存浪费。

（6）       尽量避免强制系统做垃圾回收，增长系统做垃圾回收的最终时间，降低系统性能。

（7）       尽量避免显示申请数组空间，当不得不显示地申请数组空间时尽量准确的估计出其合理值。

（8）       尽量在远程方法调用（RMI）类应用开发时使用瞬间值（transient）变量，除非远程调用端需要获取该瞬间值变量的值。

（9）       尽量在合适的场景下使用对象池技术以提高系统性能，缩减系统开销，但是要注意对象池的尺寸不宜过大，及时清除无效对象释放内存资源，综合考虑应用运行环境的内存资源限制，避免过高估计运行环境所提供内存资源的数量。