垃圾收集器與Java程式設計

垃圾收集器與Java程式設計[@more@]　　垃圾收集器(Garbage Collector，GC)對Java程式設計師來說，基本上是透明的，但是一個優秀的Java程式設計師必須瞭解GC的工作原理、如何最佳化GC的效能、如何與GC進行有限的互動，因為有一些應用程式對效能要求較高，例如嵌入式系統、實時系統等，只有全面提升記憶體的管理效率 ,才能提高整個應用程式的效能。本篇文章首先簡單介紹GC的工作原理之後，然後再對GC的幾個關鍵問題進行深入探討，最後提出一些Java程式設計建議，從GC角度提高Java程式的效能。

　　GC的基本原理

　　Java的記憶體管理實際上就是物件的管理，其中包括物件的分配和釋放。

　　對於程式設計師來說，分配物件使用new關鍵字；釋放物件時，只要將物件所有引用賦值為null，讓程式不能夠再訪問到這個物件，我們稱該物件為"不可達的"。GC將負責回收所有"不可達"物件的記憶體空間。

　　對於GC來說，當程式設計師建立物件時，GC就開始監控這個物件的地址、大小以及使用情況。通常，GC採用有向圖的方式記錄和管理堆(heap)中的所有物件(詳見 參考資料1 )。透過這種方式確定哪些物件是"可達的"，哪些物件是"不可達的"。當GC確定一些物件為"不可達"時，GC就有責任回收這些記憶體空間。但是，為了保證GC能夠在不同平臺實現的問題，Java規範對GC的很多行為都沒有進行嚴格的規定。例如，對於採用什麼型別的回收演算法、什麼時候進行回收等重要問題都沒有明確的規定。因此，不同的JVM的實現者往往有不同的實現演算法。這也給Java程式設計師的開發帶來行多不確定性。本文研究了幾個與GC工作相關的問題，努力減少這種不確定性給Java程式帶來的負面影響。

　　增量式GC( Incremental GC )

　　GC在JVM中通常是由一個或一組程式來實現的，它本身也和使用者程式一樣佔用heap空間，執行時也佔用CPU。當GC程式執行時，應用程式停止執行。因此，當GC執行時間較長時，使用者能夠感到Java程式的停頓，另外一方面，如果GC執行時間太短，則可能物件回收率太低，這意味著還有很多應該回收的物件沒有被回收，仍然佔用大量記憶體。因此，在設計GC的時候，就必須在停頓時間和回收率之間進行權衡。一個好的GC實現允許使用者定義自己所需要的設定，例如有些記憶體有限有裝置，對記憶體的使用量非常敏感，希望GC能夠準確的回收記憶體，它並不在意程式速度的放慢。另外一些實時網路遊戲，就不能夠允許程式有長時間的中斷。增量式GC就是透過一定的回收演算法，把一個長時間的中斷，劃分為很多個小的中斷，透過這種方式減少GC對使用者程式的影響。雖然，增量式GC在整體效能上可能不如普通GC的效率高，但是它能夠減少程式的最長停頓時間。


　　Sun JDK提供的HotSpot JVM就能支援增量式GC。HotSpot JVM預設GC方式為不使用增量GC，為了啟動增量GC，我們必須在執行Java程式時增加-Xincgc的引數。HotSpot JVM增量式GC的實現是採用Train GC演算法。它的基本想法就是，將堆中的所有物件按照建立和使用情況進行分組(分層)，將使用頻繁高和具有相關性的物件放在一隊中，隨著程式的執行，不斷對組進行調整。當GC執行時，它總是先回收最老的(最近很少訪問的)的物件，如果整組都為可回收物件，GC將整組回收。這樣，每次GC執行只回收一定比例的不可達物件，保證程式的順暢執行。

　　詳解finalize函式

　　finalize是位於Object類的一個方法，該方法的訪問修飾符為protected，由於所有類為Object的子類，因此使用者類很容易訪問到這個方法。由於，finalize函式沒有自動實現鏈式呼叫，我們必須手動的實現，因此finalize函式的最後一個語句通常是super.finalize()。透過這種方式，我們可以實現從下到上實現finalize的呼叫，即先釋放自己的資源，然後再釋放父類的資源。

　　根據Java語言規範，JVM保證呼叫finalize函式之前，這個物件是不可達的，但是JVM不保證這個函式一定會被呼叫。另外，規範還保證finalize函式最多執行一次。

　　很多Java初學者會認為這個方法類似與C++中的解構函式，將很多物件、資源的釋放都放在這一函式里面。其實，這不是一種很好的方式。原因有三，其一，GC為了能夠支援finalize函式，要對覆蓋這個函式的物件作很多附加的工作。其二，在finalize執行完成之後，該物件可能變成可達的，GC還要再檢查一次該物件是否是可達的。因此，使用finalize會降低GC的執行效能。其三，由於GC呼叫finalize的時間是不確定的，因此透過這種方式釋放資源也是不確定的。

　　通常，finalize用於一些不容易控制、並且非常重要資源的釋放，例如一些I/O的操作，資料的連線。這些資源的釋放對整個應用程式是非常關鍵的。在這種情況下，程式設計師應該以透過程式本身管理(包括釋放)這些資源為主，以finalize函式釋放資源方式為輔，形成一種雙保險的管理機制，而不應該僅僅依靠finalize來釋放資源。