Java 垃圾回收

Posted 2020-06-29 赵杰A-124

当程序创建对象、数组等引用类型的实体时，系统会在堆内存中为这一对象分配一块内存，对象就保存在这块内存中，当这块内存不再被任何引用变量引用时，这块内存就变成垃圾，等待垃圾回收机制进行回收。垃圾回收机制具有三个特征：

• 垃圾回收机制只负责回收堆内存中的对象，不会回收任何物理资源（例如数据库连接，打开的文件资源等），也不会回收以某种创建对象的方式以外的方式为该对像分配的内存，（例如对象调用本地方法中malloc的方式申请的内存）
• 程序无法精确控制垃圾回收的运行，只可以建议垃圾回收进行，建议的方式有两种System.gc() 和Runtime.getRuntime().gc()
• 在垃圾回收任何对象之前，总会先调用它的finalize()方法，但是同垃圾回收的时机一致，调用finalize()方法的时机也不确定。

针对以上三个特征，有三个问题：

1、必须手动的进行清理工作，释放除创建对象的方式以外的方式分配的内存和其它的物理资源。并且要注意消除过期的对象引用，否则可能引起OOM。

手动清理通常用到try...finally...这样的代码结构。

示例如下：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;

public class ManualClear {

    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fileInputStream = null;
        try {
            fileInputStream = new FileInputStream("./src/ManualClear.java");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
            return;
        }

        try {
            byte[] bbuf = new byte[1024];
            int hasRead = 0;
            try {
                while ((hasRead = fileInputStream.read(bbuf)) > 0) {
                    System.out.println(new String(bbuf, 0, hasRead));
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } finally {
            try {
                fileInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

对于过期对象的引用，引起的OOM通常有三种常见的情况，这三种情况通常都不易发现，短时间内运行也不会有什么问题，但是时间久了后，泄漏的对象增加后终会引起程序崩溃。

• 类自己管理内存时，要警惕内存泄漏

示例如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.EmptyStackException;

class Stack{
    private Object[] elements;
    private int size;
    private static final int DEFAULT_INITAL_CAPACITY = 16;
    
    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITAL_CAPACITY];
    }
    
    public void push(Object e){
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }
    
    public Object pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        
        return elements[--size];
    }
    
    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}

public class StackDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            stack.push(new Object());
        }
        
        for(int i = 0; i < 10000; i++) {
            stack.pop();
        }
    }

}

之所以会内存泄漏，是因为那些出栈的对象即使程序其它对象不再引用，但是Stack类中的elements[]数组依然保存着这些对象的引用，导致这些对象不会被垃圾回收所回收，所以，当需要类自己管理内存事，要警惕内部维护的这些过期引用是否被及时解除了引用，本例中只需在出栈后，显示的将

elements[size] = null;即可。

• 缓存是要警惕内存泄漏

出现这样情况通常是一旦将对象放入缓存，很可能长时间不使用很容易遗忘，通常可以用WakeHashMap代表缓存，在缓存中的项过期后，他们可以被自动删除。或者可以由一个后台线程定期执行来清除缓冲中的过期项。

• 监听器或回调的注册，最好可以显示的取消注册。

2、不要手动调用finalize()，它是给垃圾回收器调用的

3、避免使用finalize()方法，除非用来作为判断终结条件以发现对象中没有被适当清理的部分；用来作为安全网在手动清理忘记调用的情况下清理系统资源，延后清理总别永不清理要强，并且如果同时记录下忘记清理资源的信息的话，也方便后面发现错误，并及时修改忘记清理的代码；释放对象中本地方法获得的不是很关键的系统资源。

finalize()方法由于其执行时间以及是否确定被执行都不能准确确保，所以最好不用来释放关键资源，但是可用于上面所说的三种情况。其中第一种情况，示例如下：

class Book {
    boolean checkout = false;
    public Book(boolean checkout) {
        this.checkout = checkout;
    }
    
    public void checkin(){
        checkout = false;
    }
    
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        if (checkout) {
            System.out.println("Error: check out");
        }
    }
}

public class FinalizeCheckObjectUse {

    public static void main(String[] args) {
        new Book(true);
        System.gc();
    }

}

执行结果：

Error: check out

例子中的Book对象，在释放前必须处于checkIn的状态，否则不能释放，finalize中的实现可以帮助及时发现不合法的对象，或者更直接的，在finalize中直接使用某个引用变量引用，使其重新进入reachable的状态，然后再次对其进行处理。

另一点需要注意的时，子类如果覆盖了父类的finalize方法，但是忘了手工调用super.finalize或者子类的finalize过程出现异常导致没有执行到super.finalize时，那么父类的终结方法将永远不会调到。

如下：

class Parent{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(getClass().getName() + " finalize start");
    }
}

class Son extends Parent{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(getClass().getName() + " finalize start");
    }
}
public class SuperFinalizeLost {

    public static void main(String[] args) {
        new Son();
        System.gc();
    }

}

运行结果：

Son finalize start

或者

class Parent{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(getClass().getName() + " finalize start");
    }
}

class Son extends Parent{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(getClass().getName() + " finalize start");
        int i = 5 / 0;
        super.finalize();
    }
}
public class SuperFinalizeLost {

    public static void main(String[] args) {
        new Son();
        System.gc();
    }

}

执行结果：

Son finalize start

对于第二种情况，可以使用try...finally...结构解决，但是对于第一种情况，最好使用一种叫终结方法守护者的方式。示例如下

class Parent2{
    private final Object finalizeGuardian = new Object() {
        protected void finalize() throws Throwable {
            System.out.println("在此执行父类终结方法中的逻辑");
        };
    };
}

class Son2 extends Parent2{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(getClass().getName() + " finalize start");
        int i = 5 / 0;
        super.finalize();
    }
}

public class FinalizeGuardian {

    public static void main(String[] args) {
        new Son2();
        System.gc();
    }

}

执行结果：

在此执行父类终结方法中的逻辑
Son2 finalize start

这样可以保证父类的终结方法中所需做的操作执行到。