面试必问：Java 垃圾回收机制

摘要：垃圾回收机制是守护线程的最佳示例，因为它始终在后台运行。

本文分享自华为云社区《一文带你了解Java 中的垃圾回收机制》，作者：海拥。

介绍

• 在 C/C++ 中，程序员负责对象的创建和销毁。通常程序员会忽略无用对象的销毁。由于这种疏忽，在某些时候，为了创建新对象，可能没有足够的内存可用，整个程序将异常终止，导致OutOfMemoryErrors。
• 但是在 Java 中，程序员不需要关心所有不再使用的对象。垃圾回收机制自动销毁这些对象。
• 垃圾回收机制是守护线程的最佳示例，因为它始终在后台运行。
• 垃圾回收机制的主要目标是通过销毁无法访问的对象来释放堆内存。

重要条款：

• 无法访问的对象： 如果一个对象不包含对它的任何引用，则称其为无法访问的对象。另请注意，属于隔离岛的对象也无法访问。

Integer i = new Integer(4);
// 新的 Integer 对象可通过 'i' 中的引用访问
i = null;
// Integer 对象不再可用。

• 垃圾回收的资格： 如果对象无法访问，则称该对象有资格进行 GC（垃圾回收）。在上图中，在i = null 之后； 堆区域中的整数对象 4 有资格进行垃圾回收。

使对象符合 GC 条件的方法

• 即使程序员不负责销毁无用的对象，但如果不再需要，强烈建议使对象不可访问（因此有资格进行 GC）。
• 通常有四种不同的方法可以使对象适合垃圾回收。

1. 取消引用变量
2. 重新分配引用变量
3. 在方法内部创建的对象
4. 隔离岛

以上所有带有示例的方法都在单独的文章中讨论：如何使对象符合垃圾收集条件

请求JVM运行垃圾收集器的方式

• 一旦我们使对象符合垃圾收集条件，垃圾收集器可能不会立即销毁它。每当 JVM 运行垃圾收集器程序时，只会销毁对象。但是当JVM运行Garbage Collector时，我们无法预料。
• 我们还可以请求 JVM 运行垃圾收集器。有两种方法可以做到：

1. 使用System.gc() 方法：系统类包含静态方法gc() 用于请求 JVM 运行垃圾收集器。
2. 使用Runtime.getRuntime().gc() 方法：运行时类允许应用程序与运行应用程序的 JVM 交互。因此，通过使用其 gc() 方法，我们可以请求 JVM 运行垃圾收集器。

// 演示请求 JVM 运行垃圾收集器的 Java 程序
public class Test
{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        Test t1 = new Test();
        Test t2 = new Test();

        // 取消引用变量
        t1 = null;

        // 请求 JVM 来运行垃圾收集器
        System.gc();

        // 取消引用变量
        t2 = null;

        // 请求 JVM 来运行垃圾收集器
        Runtime.getRuntime().gc();

    }

    @Override
    // 在垃圾回收之前，在对象上调用一次 finalize 方法
    protected void finalize() throws Throwable
    {
        System.out.println("垃圾收集器调用");
        System.out.println("对象垃圾收集：" + this);
    }
}

输出：

垃圾收集器调用
对象垃圾收集：haiyong.Test@7ad74083
垃圾收集器调用
对象垃圾收集：haiyong.Test@7410a1a9

笔记 ：

1. 不能保证以上两种方法中的任何一种都一定会运行垃圾收集器。
2. 调用System.gc() 等效于调用：Runtime.getRuntime().gc()

定稿

• 就在销毁对象之前，垃圾收集器调用对象的finalize() 方法来执行清理活动。一旦finalize() 方法完成，垃圾收集器就会销毁该对象。
• finalize() 方法存在于具有以下原型的Object 类中。

protected void finalize() throws Throwable

根据我们的要求，我们可以覆盖finalize() 方法来执行我们的清理活动，例如关闭数据库连接。

笔记 ：

1. 垃圾收集器而不是JVM调用的finalize() 方法。虽然垃圾收集器是JVM的模块之一。
2. 对象类 finalize() 方法有空实现，因此建议覆盖finalize() 方法来处理系统资源或执行其他清理。
3. 对于任何给定的对象，finalize() 方法永远不会被多次调用。
4. 如果finalize() 方法抛出未捕获的异常，则忽略该异常并终止该对象的终结。

有关finalize() 方法的示例，请参阅Java 程序的输出第十套之垃圾收集

让我们举一个真实的例子，在那里我们使用垃圾收集器的概念。

假设你去字节跳动实习，他们告诉你写一个程序，计算在公司工作的员工人数（不包括实习生）。要制作这个程序，你必须使用垃圾收集器的概念。

这是您在公司获得的实际任务：-

问： 编写一个程序来创建一个名为 Employee 的类，该类具有以下数据成员。
1.一个ID，用于存储分配给每个员工的唯一ID。
2.员工姓名。
3.员工年龄。

另外，提供以下方法-

1. 用于初始化名称和年龄的参数化构造函数。ID 应在此构造函数中初始化。
2. 显示 ID、姓名和年龄的方法 show()。
3. 显示下一个员工的 ID 的方法 showNextId()。

现在对垃圾回收机制不了解的初学者可能会这样编写代码：

//计算在公司工作的员工人数的程序

class Employee
{
    private int ID;
    private String name;
    private int age;
    private static int nextId=1;
    //它是静态的，因为它在所有对象之间保持通用并由所有对象共享
    public Employee(String name,int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.ID = nextId++;
    }
    public void show()
    {
        System.out.println
        ("Id="+ID+"\nName="+name+"\nAge="+age);
    }
    public void showNextId()
    {
        System.out.println
        ("Next employee id will be="+nextId);
    }
}
class UseEmployee
{
    public static void main(String []args)
    {
        Employee E=new Employee("GFG1",33);
        Employee F=new Employee("GFG2",45);
        Employee G=new Employee("GFG3",25);
        E.show();
        F.show();
        G.show();
        E.showNextId();
        F.showNextId();
        G.showNextId();

            { //这是保留所有实习生的子块。
            Employee X=new Employee("GFG4",23);
            Employee Y=new Employee("GFG5",21);
            X.show();
            Y.show();
            X.showNextId();
            Y.showNextId();
        }
        //这个大括号之后，X 和 Y 将被移除。因此现在它应该显示 nextId 为 4。
        E.showNextId();//这一行的输出应该是 4，但它会给出 6 作为输出。
    }
}

现在获得正确的输出：

现在垃圾收集器（gc）将看到 2 个空闲的对象。现在递减 nextId，gc(garbage collector) 只会在我们的程序员在我们的类中覆盖它时调用方法 finalize() 。如前所述，我们必须请求 gc(garbage collector)，为此，我们必须在关闭子块的大括号之前编写以下 3 个步骤。

1. 将引用设置为 null（即 X = Y = null;）
2. 调用，System.gc();
3. 调用，System.runFinalization();

现在计算员工人数的正确代码（不包括实习生）

// 计算不包括实习生的员工人数的正确代码
class Employee
{
    private int ID;
    private String name;
    private int age;
    private static int nextId=1;
    //它是静态的，因为它在所有对象之间保持通用并由所有对象共享
    public Employee(String name,int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.ID = nextId++;
    }
    public void show()
    {
        System.out.println
        ("Id="+ID+"\nName="+name+"\nAge="+age);
    }
    public void showNextId()
    {
        System.out.println
        ("Next employee id will be="+nextId);
    }
    protected void finalize()
    {
        --nextId;
        //在这种情况下，gc 会为 2 个对象调用 finalize() 两次。
    }
}

// 它是 Employee 类的右括号
class UseEmployee
{
    public static void main(String []args)
    {
        Employee E=new Employee("GFG1",33);
        Employee F=new Employee("GFG2",45);
        Employee G=new Employee("GFG3",25);
        E.show();
        F.show();
        G.show();
        E.showNextId();
        F.showNextId();
        G.showNextId();

        {
            //这是保留所有实习生的子块。
            Employee X=new Employee("GFG4",23);
            Employee Y=new Employee("GFG5",21);
            X.show();
            Y.show();
            X.showNextId();
            Y.showNextId();
            X = Y = null;
            System.gc();
            System.runFinalization();
        }
    E.showNextId();
    }
}

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