Java中内存泄露及垃圾回收机制

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_538b279a0100098d.html

写的相当不错滴......................

摘  要

　　Java语言中，内存空间中垃圾回收的工作由垃圾回收器（Garbage Collector，GC）完成，GC可以有效地减少内存泄露发生的概率，但它的启动无规律可循，因此不能完全避免内存泄露。通过分析产生内存泄露的原因，提出了Java编程中的一些注意事项，有效地避免了内存泄露。
关键词  Java  内存泄露  垃圾回收器  虚拟机
 
1 引言
       Java语言，是一种可以编写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言，由升阳公司[1]的詹姆斯·高斯林等人于二十世纪90年代初开发。伴随着Java技术的普及，网络上越来越多的服务器程序采用Java技术，特别是Internet[2]使Java成为网上最流行的编程语言。在传统的高级编程语言（例C++）中，对象的创建和回收均由程序员自行负责，如果创建了对象而忘记回收，则会造成内存泄漏，长此以往，程序运行的时候可能会生成很多不清除的垃圾，浪费了不必要的内存空间，有时还可能引起系统的崩溃。在Java中，引入了垃圾回收机制：垃圾回收器（Garbage Collector, GC），可以自动回收内存中的垃圾，这是Java语言相对于其它语言的优势地方，但是内存泄漏并不会因此而完全避免。

2 内存泄露
       大多数C++编译器不支持垃圾回收机制。通常使用C++编程的时候，程序员所创建的对象在创建时在堆栈上分配一块内存地址，当不需要这个对象，进行析构或者删除的时候再释放分配的内存空间。如果对象是在堆上分配了，而程序员又忘记进行释放，这些空间又无法自动回收，就会造成内存泄漏。而无法回收的内存空间，即丢失的内存（我们称之为“垃圾”），除非是重新启动系统否则永远也不会还给操作系统。长此以往，程序运行的时候可能会生成很多垃圾，浪费了不必要的内存空间。更糟糕的是，如果同一内存地址被删除两次的话，程序会变得不稳定，甚至崩溃。
       Java语言则不同，上述的情况被自动垃圾回收机制自动处理。对象的建立和放置都是在内存堆栈上面进行的。程序或者其他的对象可以锁定一块堆栈地址来进行其他对象的引用。当一个对象没有任何引用的时候，Java的自动垃圾回收机制就发挥作用，自动删除这个对象所占用的空间，释放内存以避免内存泄漏。但是内存泄漏并不是就此而完全避免了，当程序员疏忽大意地忘记解除一个对象不应该有的引用的时候，内存泄漏仍然不可避免，不过发生的几率要比不启用垃圾回收机制的C++程序少很多。但是总体来讲，自动垃圾回收机制要安全和简单许多。
 
3 垃圾回收机制
3.1 什么是垃圾
       垃圾，内存中的垃圾，即内存中已无效但又无法自动释放的空间。在Java语言中，没有引用句柄指向的类对象最容易成为垃圾。，产生垃圾的情况有很多，主要有以下3种：
（1）超出对象的引用句柄的作用域时，这个引用句柄引用的对象就变成垃圾:

例：

{
       Person p1 = new Person();
       ……
}

引用句柄p1的作用域是从定义到“}”处，执行完这对大括号中的所有代码后，产生的Person对象就会变成垃圾，因为引用这个对象的句柄p1已超过其作用域，p1已经无效，Person对象不再被任何句柄引用了。

（2）没有超出对象的引用句柄的作用域时，给这个引用句柄赋值为空时，这个引用句柄引用的对象就变成垃圾:
例：

{
       Person p1 = new Person();
       …..
       p1 = null;
       ….
}

　　在执行完“p1=null;”后，即使句柄p1还没有超出其作用域，仍然有效，但它已被赋值为空，不再指向任何对象，则这个Person对象不再被任何句柄引用，变成了垃圾。此后p1还可以指向其它Person对象，因为还没有超出它的作用域。

（3）创建匿名对象时，匿名对象用完以后即成垃圾:
例：

{
　　new Person();               //因为是匿名对象，没有引用句柄指向它，即为垃圾
　　new Person().print();
　　//当运行完匿名对象的print()方法，这个对象也变成了垃圾
　　……
}

因此，在程序中应尽量少用匿名对象。

3.2 垃圾回收
　　在Java程序运行过程中，一个垃圾回收器会（Garbage Collector，简称GC）不定时地被唤起检查是否有不再被使用的对象，并释放它们占用的内存空间。垃圾回收器的回收无规律可循，可能在程序的运行的过程中，一次也没有启动，也可能启动很多次。因此，并不会因为程序代码一产生垃圾，垃圾回收器就马上被唤起而自动回收垃圾，很可能到程序结束时垃圾回收器都没有启动。所以垃圾回收器并不能完全避免内存泄漏的问题。
     另一方面，垃圾回收会给系统资源带来额外的负担和时空开销。它被启动的几率越小，带来的负担的几率就越小。因此，垃圾的回收策略也很重要。

3.3 垃圾回收器的回收策略
　　不同厂商、不同版本的Java虚拟机中的内存垃圾回收机制并不完全一样，通常越新版本的内存回收机制越快。而不同的Java虚拟机采用不同的回收策略，常用的有两种：复制式回收策略和自省式回收策略。
　　复制式回收策略：先将正在运行中的程序暂停，然后把正在被使用的所有对象从它们所在的堆内存A里复制到另一块堆内存B，再释放堆内存A中的所有空间，这些那些不再使用的对象所占用的内存空间就会被释放掉。这种方式需要维护所需内存数量的至少两倍的内存空间，适合垃圾比较多的情况。当程序只产生了少量垃圾或者没有垃圾时，这种回收策略的效率就非常低。

　　自省式回收策略：首先检测所有正在使用的对象，并为它们标注，比如用1来标注正在使用的对象，用0来标注不再被使用的对象，然后将所有标注为0的内存空间一次释放。因为标注会增大系统的开销，因此这种方式的速度仍然很慢，尤其是在垃圾比较多的情况下，效率会很低。这种方法适合垃圾比较少的情况。
　　这两种方式具有互补性，因此在一些Java虚拟机中两种方式被有机的结合运用。

4  System.gc()
       由于Java的垃圾回收器的启用不由程序员控制，而且回收也无规律可循，并不会一产生了垃圾，垃圾回收器就被唤起；有时甚至可能到程序终止，回收器都没有启动的机会。因此这个垃圾回收机制不是一个很可靠的机制。因为垃圾不能及时回收，它们所占用的内存空间不能释放，就会影响程序的性能；如果某段程序产生大量的垃圾而没有回收，回收工作也会变得困难。为了解决这个问题，Java提供一个System.gc()方法，可以强制启动垃圾回收器来回收垃圾，以减少内存泄露发生的概率。

例：匿名对象会产生垃圾，如果担心这些垃圾不能及时回收，可以在使用完这些匿名对象以后，加上一条语句：System.gc()，强制启动垃圾回收器来回收垃圾。

class TestJc {
       public void finalize() {
              System.out.println("Free the occupied memory...");
       }

       public static void main(String args[]) {
              new TestJc();
              new TestJc();
              new TestJc();
              System.gc();
              System.out.println("End of program.");
       }
}

程序的运行结果是：

　　System.gc()有一个特点，就是在对象被当成垃圾从内存中释放前要调用finalize()方法，而且释放一个对象调用一次finalize()方法。从程序的运行结果可以看到：垃圾回收器启动以后，并不一定马上开始回收垃圾，很可能要等待一段时间才执行。这是因为在程序运行过程中，垃圾收集线程的优先级比较低，如果有比这个线程优先级高的线程，先运行这些优先级高的线程，等这些线程执行完毕，才进行垃圾回收。所以System.gc()方法只是一种“建议”，它建议Java虚拟机执行垃圾回收，释放内存空间，但什么时候能够回收就不能够预知了。

 如果我们把“System.gc()；”语句，放在第二个匿名对象语句后面，再进行编译和执行，会发现结果是这样的：

　　这是因为，启动完垃圾回收器以后，它只能检测到在垃圾回收器强制启动之前程序运行所产生的垃圾，Java的虚拟机尽最大的努力从被丢弃的对象上回收垃圾；对于在启动垃圾回收器以后产生的垃圾，这个线程检测到的概率就非常小了，如果检测不到，就不能回收这些垃圾。
      因此，Java中的垃圾回收器机制及System.gc()方法，并不能够完全避免内存泄露的问题，只是尽可能降低内存泄露的可能性和程度。

5  Java编程中需要注意的事项
为了提高垃圾的回收效率，在实际应用中，使用下列几种方法可以在一定程度上避免Java中的内存泄露:

（1）尽量少用匿名对象，慎用内部类:
　　匿名对象被使用完以后就会变成垃圾；而在内部类中，隐含着一个外部类对象的引用，这个引用也无法自动消除。
（2）在使用System.gc()方法的程序中，尽量少用finalize()方法:
　　因为System.gc()方法在回收每一个对象所占用的内存空间时，都会调用finalize()方法，在这个方法中的任何操作都会增加垃圾回收的开销。
（3）慎用System.gc()方法，减少线程的个数:
　　在程序中可以显式地调用System.gc()方法，但这种方法不能保证清除所有的垃圾。另外垃圾回收也是一个线程，也会消耗系统的资源，启动垃圾回收也可能会造成间歇性停顿。线程越多，垃圾回收线程挂起和恢复的可能性就越大，而耗费的时间就越长，系统的开销就越大。

6 结语
       本文对Java中的内存泄漏和垃圾回收机制进行了论述，分析了内存泄露的原因，以及System.gc()的工作方式，提出了一些避免内存泄露的方法，希望能为Java爱好者提供一些参考。

[1] 升阳公司：Sun Microsystems，美国的一家电脑公司，在中国大陆的正式中文名为“太阳计算机系统公司”，在台湾的正式中文名为“升阳电脑公司”。公司创建于1982年，1986年在美国成功上市。主要产品是工作站及服务器。
[2] Internet：interconnection network因特网或互联网，“联接网络的网络”，可以是任何分离的实体网络之集合，这些网络以一组通用的协定相连，形成逻辑上的单一网络。