java垃圾回收器的工作机制

Bruce Eckel的《Thinking in java》前两章中多次强调了这一点：C++中的memory leak在java 中是不会发生的，开发人员根本不用去考虑这个问题，这大大减少了开发的时间。这是因为java有 一个垃圾回收器，用来监视用new创建的所有对象，并辨别那些不会再被引用的对象，随后，释放 这些对象的内存空间，以便供其他新的对象使用。但是java的垃圾回收器是怎么辨别的呢？Bruce 并没有做相应的解释。下面我们就这一点做一个深入的探究。 首先我们要说明一下java中为对象分配内存的方式。在java中一切都是对象，并且共享一个超类 Object。尽管一切都被看做对象，但是操纵的标识符实际上是对象的一个“引用”。像String s  = new String（"hello"）;我们得到的s是一个引用，然后我们对它进行了初始化。引用可以独立 存在，就像遥控器可以独立于电视机存在一样，但是你不能向它发送消息，否则便会返回常见的运 行时错误NullPointerException。java中用new操作符创建的对象都是分配在堆区，这里的堆与 数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。堆的好处是：编译器不需要知道存储的数据 在堆里存活多长时间，但是在堆栈中所有项的确切生命周期都必须被知道。C++看重的是效率，为 了追求最大的执行速度，对象的存储空间和生命周期可以在编写程序时确定，这可以通过将对象置 于堆栈和静态存储区域内实现。但如果是在堆中那么是动态地，可能需要大量的时间在堆中查找和 分配。但是java认为对象趋向于变得复杂，所以查找和释放存储空间的开销不会对对象的创建造成 大的冲击。所以java完全采用了动态分配。但是这其中有一个特例，那就是基本类型。因为根据上 面的描述。显然在堆中用new创建一个小的、简单的变量往往不是很有效。因此对于这些基本类型 java采用了与c++相同的方法，同样将他们存储在堆栈中。但是为了在堆中也能存储他们，也为了 在容器中能存储基本数据类型（容器中存放的都是对象的引用，但是堆栈区的“对象”没有引用） ，java还为基本类型提供了包装器类，这或许能解决很多同学对于包装器类的疑惑吧。 Java的堆更像一个传送带，每分配一个新对象，它就往前移动一格。这意味着对象存储空间的分配 速度相当快。Java的“堆指针”只是简单地移动到尚未分配的领域。也就是说，分配空间的时候， “堆指针”只管依次往前移动而不管后面的对象是否还要被释放掉。如果可用内存耗尽之前程序就 退出就再好不过了，这样的话垃圾回收器压根就不会被激活。但是由于“堆指针”只管依次往前移 动，总有一天内存会被耗尽，垃圾回收器就开始释放内存。 怎么判断某个对象该被回收呢？答案就是当堆栈或静态存储区没有对这个对象的引用时，就表示程 序（员）对这个对象没有兴趣了，它就应该被回收了。有两种方法来知道这个对象有没有被引用： 第一种是遍历堆上的对象找引用；第二种是遍历堆栈或静态存储区的引用找对象。前者的实现叫做 “引用计数法”，意思就是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，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。Java采用的是后者，在这种方式下，Java虚拟机采用一 种“自适应”的垃圾回收技术，如何处理找到的存活对象（也就是说不是垃圾），Java有两种方式 ： 一、停止—复制(stop-and-copy)：先暂停程序的运行，然后将所有存活的对象从当前堆复制到另 一个堆，没有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，紧凑的。效 率很低：首先，得有两个堆空间占用率200%;其次，垃圾较少时，复制大量的活着的对象，是很大 的浪费。 二、 标记—清扫(mark-and-sweep)：从对战和静态存储区出发，遍历所有的引用，进而找出所有 存活的对象，如果活着，就标记。只有全部标记完毕的时候，清理动作才开始。在清理的时候，没 有标记的对象将会被释放，不会发生任何肤质动作。但是剩下的对空间是不连续的，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。 【注意】“停止-复制”和“标记-清扫”无非就是：“在大量的垃圾中找干净的东西和在大量干净 的东西里找垃圾”。不同的环境用不同的方式，这样做完全是为了提高效率。“停止—复制”的意 思是这种垃圾回收动作不是在后台进行的;相反，垃圾回收动作发生的同时，程序将会被暂停。有 人将垃圾回收视为低优先级的后台进程，而事实上并不是这样，当可用内存数量比较低的时候， Sun版本的垃圾回收器就会暂停运行程序。同样，“标记-清扫”工作也必须在程序暂停的情况下才 能进行。 【注】 在java虚拟机中，内存分配是以较大的块为单位的。每个块内都用相应的代数 (generation count)来记录它是否还存活。代数随着引用的次数而增加。垃圾回收器将对上次回 收动作之后的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 行完整的清理动作——大型对象仍然不会被复制(只是代数增加)，内涵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虚拟机会追踪“标记—清扫”的效果，要是堆空间出现很多碎片 ，就会切换到“停止—复制”方式。这就是“自适应”技术。 所以，Java垃圾回收器是一种“自适应的、分代的、停止—复制、标记-清扫”式的垃圾回收器。 【注】文章内大部分为网上摘录，地址较分散，作者也多次参考thinking in java的描述。总结 得甚是不足。如有高见，望不吝赐教。

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