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Java是如何管理內存

編輯:關於JAVA
 

為了判斷Java中是否有內存洩露,我們首先必須了解Java是如何管理內存的。Java的內存管理就是對象的分配和釋放問題。在Java中,程序員需要通過關鍵字new為每個對象申請內存空間 (基本類型除外),所有的對象都在堆 (Heap)中分配空間。另外,對象的釋放是由GC決定和執行的。在Java中,內存的分配是由程序完成的,而內存的釋放是有GC完成的,這種收支兩條線的方法確實簡化了程序員的工作。但同時,它也加重了JVM的工作。這也是Java程序運行速度較慢的原因之一。因為,GC為了能夠正確釋放對象,GC必須監控每一個對象的運行狀態,包括對象的申請、引用、被引用、賦值等,GC都需要進行監控。

監視對象狀態是為了更加准確地、及時地釋放對象,而釋放對象的根本原則就是該對象不再被引用。

為了更好理解GC的工作原理,我們可以將對象考慮為有向圖的頂點,將引用關系考慮為圖的有向邊,有向邊從引用者指向被引對象。另外,每個線程對象可以作為一個圖的起始頂點,例如大多程序從main進程開始執行,那麼該圖就是以main進程頂點開始的一棵根樹。在這個有向圖中,根頂點可達的對象都是有效對象,GC將不回收這些對象。如果某個對象 (連通子圖)與這個根頂點不可達(注意,該圖為有向圖),那麼我們認為這個(這些)對象不再被引用,可以被GC回收。

以下,我們舉一個例子說明如何用有向圖表示內存管理。對於程序的每一個時刻,我們都有一個有向圖表示JVM的內存分配情況。以下右圖,就是左邊程序運行到第6行的示意圖。



Java使用有向圖的方式進行內存管理,可以消除引用循環的問題,例如有三個對象,相互引用,只要它們和根進程不可達的,那麼GC也是可以回收它們的。這種方式的優點是管理內存的精度很高,但是效率較低。另外一種常用的內存管理技術是使用計數器,例如COM模型采用計數器方式管理構件,它與有向圖相比,精度行低(很難處理循環引用的問題),但執行效率很高。

什麼是Java中的內存洩露


下面,我們就可以描述什麼是內存洩漏。在Java中,內存洩漏就是存在一些被分配的對象,這些對象有下面兩個特點,首先,這些對象是可達的,即在有向圖中,存在通路可以與其相連;其次,這些對象是無用的,即程序以後不會再使用這些對象。如果對象滿足這兩個條件,這些對象就可以判定為Java中的內存洩漏,這些對象不會被GC所回收,然而它卻占用內存。

在C++中,內存洩漏的范圍更大一些。有些對象被分配了內存空間,然後卻不可達,由於C++中沒有GC,這些內存將永遠收不回來。在Java中,這些不可達的對象都由GC負責回收,因此程序員不需要考慮這部分的內存洩露。

通過分析,我們得知,對於C++,程序員需要自己管理邊和頂點,而對於Java程序員只需要管理邊就可以了(不需要管理頂點的釋放)。通過這種方式,Java提高了編程的效率。



因此,通過以上分析,我們知道在Java中也有內存洩漏,但范圍比C++要小一些。因為Java從語言上保證,任何對象都是可達的,所有的不可達對象都由GC管理。

對於程序員來說,GC基本是透明的,不可見的。雖然,我們只有幾個函數可以訪問GC,例如運行GC的函數System.gc(),但是根據Java語言規范定義, 該函數不保證JVM的垃圾收集器一定會執行。因為,不同的JVM實現者可能使用不同的算法管理GC。通常,GC的線程的優先級別較低。JVM調用GC的策略也有很多種,有的是內存使用到達一定程度時,GC才開始工作,也有定時執行的,有的是平緩執行GC,有的是中斷式執行GC。但通常來說,我們不需要關心這些。除非在一些特定的場合,GC的執行影響應用程序的性能,例如對於基於Web的實時系統,如網絡游戲等,用戶不希望GC突然中斷應用程序執行而進行垃圾回收,那麼我們需要調整GC的參數,讓GC能夠通過平緩的方式釋放內存,例如將垃圾回收分解為一系列的小步驟執行,Sun提供的HotSpot JVM就支持這一特性。

下面給出了一個簡單的內存洩露的例子。在這個例子中,我們循環申請Object對象,並將所申請的對象放入一個Vector中,如果我們僅僅釋放引用本身,那麼Vector仍然引用該對象,所以這個對象對GC來說是不可回收的。因此,如果對象加入到Vector後,還必須從Vector中刪除,最簡單的方法就是將Vector對象設置為null。


Vector v=new Vector(10);
for (int i=1;i<100; i++)
{
Object o=new Object();
v.add(o);
o=null;
}

//此時,所有的Object對象都沒有被釋放,因為變量v引用這些對象。


Java內存洩漏的類型、實例及解決

1.對象游離

  一種形式的內存洩漏有時候叫做對象游離(object loitering),是通過清單 1 中的 LeakyChecksum 類來說明的,清單 1 中有一個 getFileChecksum() 方法用於計算文件內容的校驗和。getFileChecksum() 方法將文件內容讀取到緩沖區中以計算校驗和。一種更加直觀的實現簡單地將緩沖區作為 getFileChecksum() 中的本地變量分配,但是該版本比那樣的版本更加 “聰明”,不是將緩沖區緩存在實例字段中以減少內存 churn。該 “優化”通常不帶來預期的好處;對象分配比很多人期望的更便宜。(還要注意,將緩沖區從本地變量提升到實例變量,使得類若不帶有附加的同步,就不再是線程安全的了。直觀的實現不需要將 getFileChecksum() 聲明為 synchronized,並且會在同時調用時提供更好的可伸縮性。)  

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