詳細(xì)解讀JVM中的對象生命周期
在JVM運(yùn)行空間中，對象的整個生命周期大致可以分為7個階段：創(chuàng)建階段（Creation）、應(yīng)用階段（Using）、不可視階段（Invisible）、不可到達(dá)階段（Unreachable）、可收集階段（Collected）、終結(jié)階段（Finalized）與釋放階段（Free）。上面的這7個階段，構(gòu)成了 JVM中對象的完整的生命周期。下面分別介紹對象在處于這7個階段時的不同情形。
創(chuàng)建階段
在對象創(chuàng)建階段，系統(tǒng)要通過下面的步驟，完成對象的創(chuàng)建過程：
（1）為對象分配存儲空間。
（2）開始構(gòu)造對象。
（3）遞歸調(diào)用其超類的構(gòu)造方法。
（4）進(jìn)行對象實例初始化與變量初始化。
（5）執(zhí)行構(gòu)造方法體。
上面的5個步驟中的第3步就是指遞歸地調(diào)用該類所擴(kuò)展的所有父類的構(gòu)造方法，一個Java類（除Object類外）至少有一個父類（Object），這個規(guī)則既是強(qiáng)制的，也是隱式的。你可能已經(jīng)注意到在創(chuàng)建一個Java類的時候，并沒有顯式地聲明擴(kuò)展（extends）一個Object父類。實際上，在 Java程序設(shè)計中，任何一個Java類都直接或間接的是Object類的子類。例如下面的代碼：
public class A {
…
}
這個聲明等同于下面的聲明：
public class A extends java.lang.Object {
…
} |
上面講解了對象處于創(chuàng)建階段時，系統(tǒng)所做的一些處理工作，其中有些過程與應(yīng)用的性能密切相關(guān)，因此在創(chuàng)建對象時，我們應(yīng)該遵循一些基本的規(guī)則，以提高應(yīng)用的性能。
下面是在創(chuàng)建對象時的幾個關(guān)鍵應(yīng)用規(guī)則：
（1）避免在循環(huán)體中創(chuàng)建對象，即使該對象占用內(nèi)存空間不大。
（2）盡量及時使對象符合垃圾回收標(biāo)準(zhǔn)。
（3）不要采用過深的繼承層次。
（4）訪問本地變量優(yōu)于訪問類中的變量。
關(guān)于規(guī)則（1）避免在循環(huán)體中創(chuàng)建對象，即使該對象占用內(nèi)存空間不大，需要提示一下，這種情況在我們的實際應(yīng)用中經(jīng)常遇到，而且我們很容易犯類似的錯誤，例如下面的代碼：
… …
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
Object obj = new Object();
System.out.println("obj= "+ obj);
}
… … |
上面代碼的書寫方式相信對你來說不會陌生，也許在以前的應(yīng)用開發(fā)中你也這樣做過，尤其是在枚舉一個Vector對象中的對象元素的操作中經(jīng)常會這樣書寫，但這卻違反了上述規(guī)則（1），因為這樣會浪費較大的內(nèi)存空間，正確的方法如下所示：
… …
Object obj = null;
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
obj = new Object();
System.out.println("obj= "+ obj);
}
… … |
采用上面的第二種編寫方式，僅在內(nèi)存中保存一份對該對象的引用，而不像上面的***種編寫方式中代碼會在內(nèi)存中產(chǎn)生大量的對象應(yīng)用，浪費大量的內(nèi)存空間，而且增大了系統(tǒng)做垃圾回收的負(fù)荷。因此在循環(huán)體中聲明創(chuàng)建對象的編寫方式應(yīng)該盡量避免。
另外，不要對一個對象進(jìn)行多次初始化，這同樣會帶來較大的內(nèi)存開銷，降低系統(tǒng)性能，如：
public class A {
private Hashtable table = new Hashtable ();
public A() {
// 將Hashtable對象table初始化了兩次
table = new Hashtable();
}
} |
正確的方式為：
public class B {
private Hashtable table = new Hashtable ();
public B() {
}
} |
不要小看這個差別，它卻使應(yīng)用軟件的性能相差甚遠(yuǎn)，如圖2-5所示。
圖2-5 初始化對象多次所帶來的性能差別
看來在程序設(shè)計中也應(yīng)該遵從“勿以惡小而為之”的古訓(xùn)，否則我們開發(fā)出來的應(yīng)用也是低效的應(yīng)用，有時應(yīng)用軟件中的一個極小的失誤，就會大幅度地降低整個系統(tǒng)的性能。因此，我們在日常的應(yīng)用開發(fā)中，應(yīng)該認(rèn)真對待每一行代碼，采用***化的編寫方式，不要忽視細(xì)節(jié)，不要忽視潛在的問題。
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應(yīng)用階段
當(dāng)對象的創(chuàng)建階段結(jié)束之后，該對象通常就會進(jìn)入對象的應(yīng)用階段。這個階段是對象得以表現(xiàn)自身能力的階段。也就是說對象的應(yīng)用階段是對象整個生命周期中證明自身“存在價值”的時期。在對象的應(yīng)用階段，對象具備下列特征：
◆系統(tǒng)至少維護(hù)著對象的一個強(qiáng)引用（Strong Reference）；
◆所有對該對象的引用全部是強(qiáng)引用（除非我們顯式地使用了：軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）或虛引用（Phantom Reference））。
上面提到了幾種不同的引用類型。可能一些讀者對這幾種引用的概念還不是很清楚，下面分別對之加以介紹。在講解這幾種不同類型的引用之前，我們必須先了解一下Java中對象引用的結(jié)構(gòu)層次。
Java對象引用的結(jié)構(gòu)層次示意如圖2-6所示。
圖2-6 對象引用的結(jié)構(gòu)層次示意
由圖2-6我們不難看出，上面所提到的幾種引用的層次關(guān)系，其中強(qiáng)引用處于頂端，而虛引用則處于底端。下面分別予以介紹。
1．強(qiáng)引用
強(qiáng)引用（Strong Reference）是指JVM內(nèi)存管理器從根引用集合（Root Set）出發(fā)遍尋堆中所有到達(dá)對象的路徑。當(dāng)?shù)竭_(dá)某對象的任意路徑都不含有引用對象時，對這個對象的引用就被稱為強(qiáng)引用。
2．軟引用
軟引用（Soft Reference）的主要特點是具有較強(qiáng)的引用功能。只有當(dāng)內(nèi)存不夠的時候，才回收這類內(nèi)存，因此在內(nèi)存足夠的時候，它們通常不被回收。另外，這些引用對象還能保證在Java拋出OutOfMemory 異常之前，被設(shè)置為null。它可以用于實現(xiàn)一些常用資源的緩存，實現(xiàn)Cache的功能，保證***限度的使用內(nèi)存而不引起OutOfMemory。再者，軟可到達(dá)對象的所有軟引用都要保證在虛擬機(jī)拋出OutOfMemoryError之前已經(jīng)被清除。否則，清除軟引用的時間或者清除不同對象的一組此類引用的順序?qū)⒉皇苋魏渭s束。然而，虛擬機(jī)實現(xiàn)不鼓勵清除最近訪問或使用過的軟引用。下面是軟引用的實現(xiàn)代碼：
… …
import java.lang.ref.SoftReference;
…
A a = new A();
…
// 使用 a
…
// 使用完了a，將它設(shè)置為soft 引用類型，并且釋放強(qiáng)引用；
SoftReference sr = new SoftReference(a);
a = null;
…
// 下次使用時
if (sr!=null) {
a = sr.get();
}
else{
// GC由于內(nèi)存資源不足，可能系統(tǒng)已回收了a的軟引用，
// 因此需要重新裝載。
a = new A();
sr=new SoftReference(a);
}
… … |
軟引用技術(shù)的引進(jìn)，使Java應(yīng)用可以更好地管理內(nèi)存，穩(wěn)定系統(tǒng)，防止系統(tǒng)內(nèi)存溢出，避免系統(tǒng)崩潰（crash）。因此在處理一些占用內(nèi)存較大而且聲明周期較長，但使用并不頻繁的對象時應(yīng)盡量應(yīng)用該技術(shù)。正像上面的代碼一樣，我們可以在對象被回收之后重新創(chuàng)建（這里是指那些沒有保留運(yùn)行過程中狀態(tài)的對象），提高應(yīng)用對內(nèi)存的使用效率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。但事物總是帶有兩面性的，有利亦有弊。在某些時候?qū)浺玫氖褂脮档蛻?yīng)用的運(yùn)行效率與性能，例如：應(yīng)用軟引用的對象的初始化過程較為耗時，或者對象的狀態(tài)在程序的運(yùn)行過程中發(fā)生了變化，都會給重新創(chuàng)建對象與初始化對象帶來不同程度的麻煩，有些時候我們要權(quán)衡利弊擇時應(yīng)用。
3．弱引用
弱引用（Weak Reference）對象與Soft引用對象的***不同就在于：GC在進(jìn)行回收時，需要通過算法檢查是否回收Soft引用對象，而對于Weak引用對象， GC總是進(jìn)行回收。因此Weak引用對象會更容易、更快被GC回收。雖然，GC在運(yùn)行時一定回收Weak引用對象，但是復(fù)雜關(guān)系的Weak對象群常常需要好幾次GC的運(yùn)行才能完成。Weak引用對象常常用于Map數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，引用占用內(nèi)存空間較大的對象，一旦該對象的強(qiáng)引用為null時，對這個對象引用就不存在了，GC能夠快速地回收該對象空間。與軟引用類似我們也可以給出相應(yīng)的應(yīng)用代碼：
… …
import java.lang.ref.WeakReference;
…
A a = new A();
…
// 使用 a
…
// 使用完了a，將它設(shè)置為weak 引用類型，并且釋放強(qiáng)引用；
WeakReference wr = new WeakReference (a);
a = null;
…
// 下次使用時
if (wr!=null) {
a = wr.get();
}
else{
a = new A();
wr = new WeakReference (a);
}
… … |
弱引用技術(shù)主要適用于實現(xiàn)無法防止其鍵（或值）被回收的規(guī)范化映射。另外，弱引用分為“短弱引用（Short Week Reference）”和“長弱引用（Long Week Reference）”，其區(qū)別是長弱引用在對象的Finalize方法被GC調(diào)用后依然追蹤對象?；诎踩紤]，不推薦使用長弱引用。因此建議使用下面的方式創(chuàng)建對象的弱引用。
… … WeakReference wr = new WeakReference(obj); 或 WeakReference wr = new WeakReference(obj, false); … … |
4．虛引用
虛引用（Phantom Reference）的用途較少，主要用于輔助finalize函數(shù)的使用。Phantom對象指一些執(zhí)行完了finalize函數(shù)，并且為不可達(dá)對象，但是還沒有被GC回收的對象。這種對象可以輔助finalize進(jìn)行一些后期的回收工作，我們通過覆蓋Reference的clear()方法，增強(qiáng)資源回收機(jī)制的靈活性。虛引用主要適用于以某種比 java 終結(jié)機(jī)制更靈活的方式調(diào)度 pre-mortem 清除操作。
&注意 在實際程序設(shè)計中一般很少使用弱引用與虛引用，使用軟引用的情況較多，這是因為軟引用可以加速JVM對垃圾內(nèi)存的回收速度，可以維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行安全，防止內(nèi)存溢出（OutOfMemory）等問題的產(chǎn)生。
不可視階段
在一個對象經(jīng)歷了應(yīng)用階段之后，那么該對象便處于不可視階段，說明我們在其他區(qū)域的代碼中已經(jīng)不可以再引用它，其強(qiáng)引用已經(jīng)消失，例如，本地變量超出了其可視范圍，如下所示。
… …
public void process () {
try {
Object obj = new Object();
obj.doSomething();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
while (isLoop) { // ... loops forever
// 這個區(qū)域?qū)τ趏bj對象來說已經(jīng)是不可視的了
// 因此下面的代碼在編譯時會引發(fā)錯誤
obj.doSomething();
}
}
… … |
如果一個對象已使用完，而且在其可視區(qū)域不再使用，此時應(yīng)該主動將其設(shè)置為空（null）?？梢栽谏厦娴拇a行obj.doSomething();下添加代碼行obj = null;，這樣一行代碼強(qiáng)制將obj對象置為空值。這樣做的意義是，可以幫助JVM及時地發(fā)現(xiàn)這個垃圾對象，并且可以及時地回收該對象所占用的系統(tǒng)資源。
不可到達(dá)階段
處于不可到達(dá)階段的對象，在虛擬機(jī)所管理的對象引用根集合中再也找不到直接或間接的強(qiáng)引用，這些對象通常是指所有線程棧中的臨時變量，所有已裝載的類的靜態(tài)變量或者對本地代碼接口（JNI）的引用。這些對象都是要被垃圾回收器回收的預(yù)備對象，但此時該對象并不能被垃圾回收器直接回收。其實所有垃圾回收算法所面臨的問題是相同的——找出由分配器分配的，但是用戶程序不可到達(dá)的內(nèi)存塊。
可收集階段、終結(jié)階段與釋放階段
對象生命周期的***一個階段是可收集階段、終結(jié)階段與釋放階段。當(dāng)對象處于這個階段的時候，可能處于下面三種情況：
（1）垃圾回收器發(fā)現(xiàn)該對象已經(jīng)不可到達(dá)。
（2）finalize方法已經(jīng)被執(zhí)行。
（3）對象空間已被重用。
當(dāng)對象處于上面的三種情況時，該對象就處于可收集階段、終結(jié)階段與釋放階段了。虛擬機(jī)就可以直接將該對象回收了。
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