模拟自动回收内存机制(有向图多点可达性)

本文探讨了自动内存回收机制,尤其是Java中的实现方式。通过建立对象间的有向图来判断哪些对象无法被访问,进而进行回收。介绍了如何使用有向图的深度优先搜索和广度优先搜索来寻找不可达的顶点,从而确定待回收的内存块。文章提供了一种基于背包数据结构的邻接表表示有向图的实现,并展示了单个顶点和多个顶点可达性搜索的代码示例。

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之前写过一篇边界标识内存管理算法,在分配内存端,分配算法没问题,有很多种,首次适应、最佳适应、最坏适应法等,分配的时机,看用户什么时候申请。在回收端,回收情况分很四种:左/右临界区为空闲块、左右临界区均为空闲块和左右临界区均不为空,根据不同的情况,空闲块回收的方法也不同。那么回收的时机呢?在C语言中,我们要显式地使用free()来回收不再使用的内存,在Java里,我们不需要这么做,自动回收机制会帮我们这么做,它又是怎么实现的呢?它怎么知道当前哪些对象不被使用,哪些对象可以被回收了呢?

在程序执行过程中,很多对象的引用和变量的使用,我们随时都可以访问到这些对象,而对于那些不能被直接访问到的对象,就应该被回收,以释放内存给新的对象使用。那么怎么知道哪些对象能被直接访问到,哪些对象不能被访问?我们看,对象的引用就像指针,把对象看做一个顶点,一个对象对另一个对象的应用看作一个箭头相连,那么多个对象之间的引用关系就构成了一个有向图。

在有向图中,一个顶点可以到达另一个顶点,那么就认为这两个顶点是连通的,就像一个对象可以直接或间接地访问到另一个对象。遍历有向图,找出所有不能被访问的顶点,然后把它们回收,实际的内存管理中回收机制也是这样的,一个顶点表示一个对象,对象之间的引用表示一条边,至于寻找图中无法被访问的顶点,那就是用到有向图中顶点可达性的寻找方法。给定的某一个顶点或是一组顶点,在图中遍历寻找所有从这些顶点开始,可到达的顶点,至于不能到达的顶点,则认为是不再使用的垃圾块或空闲块,将其回收。

有向图用背包数据结构来存储邻接表的方式,背包是一种不能做删除操作得集合数据类型,使用背包的目的是:收集元素并迭代遍历所有收集到的元素。由于我们的有向图无论是深度优先还是广度优先搜索,都要遍历图,所以用背包很合适。

package directeddfs;

import java.util.Iterator;

public class Bag<Item> impleme
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