詳解JVM的內(nèi)存管理機(jī)制
我們?cè)谏钊隞ava核心系列文章中給大家講過JVM中的棧和局部變量。在做Java開發(fā)的時(shí)候常用的JVM內(nèi)存管理有兩種，一種是堆內(nèi)存，一種是棧內(nèi)存。堆內(nèi)存主要用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建或?qū)嵗膶?duì)象與變量，例如：我們通過new MyClass()創(chuàng)建的類MyClass的對(duì)象。而棧內(nèi)存則是用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼中聲明為靜態(tài)（或非靜態(tài)）的方法。下面我給大家舉個(gè)例子：
- 代碼
- public class Test{
- static Vector list = new Vector();
- static void makeThings(){
- Object object = new Object();
- list.add(object);
- }
- public static void main(){
- makeThings();
- }
- }
就拿上面的例子來(lái)說(shuō)，放在棧內(nèi)存中的有：main,makeThings，放在堆內(nèi)存中有：Test,list,object。
JVM中對(duì)象的生命周期大致可以分為7個(gè)階段：創(chuàng)建階段、應(yīng)用階段、不可視階段、不可到達(dá)階段、可收集階段、終結(jié)階段與釋放階段。
1.創(chuàng)建階段：
（1）為對(duì)象分配存儲(chǔ)空間。
（2）開始構(gòu)造對(duì)象。
（3）遞歸調(diào)用其超類的構(gòu)造方法。
（4）進(jìn)行對(duì)象實(shí)力初始化與變量初始化。
（5）執(zhí)行構(gòu)造方法體。
還有就是你在創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候需要注意的地方：
（1）避免在循環(huán)體中創(chuàng)建對(duì)象，即使該對(duì)象占用內(nèi)存空間不大。
（2）盡量及時(shí)使對(duì)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?jī)?yōu)于訪問類中的變量。
2.應(yīng)用階段：
在應(yīng)用階段涉及到4個(gè)引用：
（1）強(qiáng)引用：是指JVM內(nèi)存管理器從根引用集合出發(fā)遍尋堆中所有到達(dá)對(duì)象的路徑。
（2）軟引用：是具有較強(qiáng)的引用功能，只有當(dāng)內(nèi)存不夠的時(shí)候，才回收這類內(nèi)存，因此內(nèi)存足夠的時(shí)候，不會(huì)被回收。
（3）弱引用：弱引用與軟引用對(duì)象的最大不同在于：GC在進(jìn)行回收時(shí)，需要通過算法檢查是否回收軟引用對(duì)象，而對(duì)于弱引用來(lái)說(shuō)，GC總是進(jìn)行回收。
（4）虛引用：主要用于輔助finalize函數(shù)的使用。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。
3.不可視階段：
先看一段代碼：
- 代碼
- public void process(){
- try{
- Object obj = new Object();
- obj.doSomething();
- }
- catch(Exception e){
- e.printStackTrace();
- }
- while(isLoop){
- //這個(gè)區(qū)域?qū)τ趏bj對(duì)象來(lái)說(shuō)已經(jīng)是不可視的了
- //因此下面的代碼在編譯時(shí)會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤
- obj.doSomething();
- }
- }
如果一個(gè)對(duì)象已使用完了，應(yīng)該主動(dòng)將其設(shè)置為null，可以在上面的代碼行obj.doSomething();下添加代碼行obj=null;這樣一行代碼強(qiáng)制將obj對(duì)象置為空值，這樣做的意義就是幫助JVM及時(shí)的發(fā)現(xiàn)這個(gè)垃圾對(duì)象，并且可以及時(shí)的回收該對(duì)象占用的系統(tǒng)資源。
4.不可到達(dá)階段：
處于不可到達(dá)階段的對(duì)象，在虛擬機(jī)所管理的對(duì)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(duì)象通常是指多有線程棧中的臨時(shí)變量，所有已裝載的類的靜態(tài)變量或者對(duì)本地代碼接口（JNI）引用。
5.可收集階段、終結(jié)階段與釋放階段：
當(dāng)對(duì)象處于這個(gè)階段的時(shí)候，可能處于下面三種情況：
（1）垃圾回收器發(fā)現(xiàn)該對(duì)象已經(jīng)不可到達(dá)。
（2）finalize方法已經(jīng)被執(zhí)行。
（3）對(duì)象空間已被重用。
當(dāng)對(duì)象處于上面三種清空的時(shí)候，虛擬機(jī)就可以直接將該對(duì)象回收了。#p#
析構(gòu)方法finalize
前面我們說(shuō)了JVM的垃圾回收機(jī)制和JVM中對(duì)象的生命周期，今天給大家講個(gè)方法，叫做析構(gòu)方法finalize，我想搞過C++的人都知道，而且是內(nèi)存管理技術(shù)中相當(dāng)重要的一部分。但是，在Java中好像沒有這個(gè)概念，這是因?yàn)椋碚撋螶VM負(fù)責(zé)對(duì)象的析構(gòu)（銷毀與回收）工作，finalize是Object類中的一個(gè)方法，并且是protected，由于所有的類都繼承了Object對(duì)象，因此，就都隱式的繼承了改方法，不過可以重寫這個(gè)方法，如果重寫此方法，最后一句必須寫上super.finalize()語(yǔ)句，因?yàn)閒inalize方法沒有自動(dòng)實(shí)現(xiàn)遞歸調(diào)用。那我們?cè)谑裁磿r(shí)候要重寫它呢？當(dāng)有一些不容易控制并且非常重要的資源時(shí)，要放到finalize方法中，例如：一些I/O的操作，數(shù)據(jù)的連接等等，這些資源的釋放對(duì)整個(gè)應(yīng)用程序是非常關(guān)鍵的。
我先讓大家看一段代碼：
- public class TestA{
- Object obj = null;
- public TestA(){
- obj = new Object();
- System.out.println("創(chuàng)建obj對(duì)象");
- }
- protected void destroy(){
- System.out.println("釋放obj對(duì)象");
- obj = null;
- //釋放自身所占用的資源
- }
- protected void finalize() throws java.long.Throwable{
- destroy();
- //遞歸調(diào)用超類中的finalize方法
- super.finalize();
- }
- }
finalize方法最終是由JVM中的垃圾回收器調(diào)用的，由于垃圾回收器調(diào)用finalize的時(shí)間是不確定或者不及時(shí)的，調(diào)用時(shí)機(jī)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是不可控的，因此我們可以在自己的類中聲明一個(gè)destory()方法，在這個(gè)方法中添加釋放系統(tǒng)資源的處理代碼，但是還是建議你將對(duì)destroy()方法的調(diào)用放入當(dāng)前類的finalize()方法體中，因?yàn)檫@樣做更保險(xiǎn)，更安全。#p#
靜態(tài)變量
我們知道類中的靜態(tài)變量在程序運(yùn)行期間，其內(nèi)存空間對(duì)所有該類的對(duì)象實(shí)例而言是共享的，為了節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存開銷、共享資源，應(yīng)該將一些變量聲明為靜態(tài)變量。通過下面的例子，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)有什么不同。
代碼一：
- public class MemoryTest {
- static class Data{
- private int week;
- private String name;
- Data(int i, String s){
- week = i;
- name = s;
- }
- }
- Data weeks[] = {
- new Data(1,"monday"),
- new Data(2,"Tuesday"),
- new Data(3,"Wednesday"),
- new Data(4,"Thursday"),
- new Data(5,"Friday"),
- new Data(6,"Saturday"),
- new Data(7,"Sunday")
- };
- public static void main(String[] args) {
- final int N = 20000;
- MemoryTest test = null;
- for (int i = 0; i <=N; i++) {
- test = new MemoryTest();
- }
- System.out.println(test.weeks.length);
- }
- }
代碼二：
- public class MemoryTest {
- static class Data{
- private int week;
- private String name;
- Data(int i, String s){
- week = i;
- name = s;
- }
- }
- static Data weeks[] = {
- new Data(1,"monday"),
- new Data(2,"Tuesday"),
- new Data(3,"Wednesday"),
- new Data(4,"Thursday"),
- new Data(5,"Friday"),
- new Data(6,"Saturday"),
- new Data(7,"Sunday")
- };
- public static void main(String[] args) {
- final int N = 20000;
- MemoryTest test = null;
- for (int i = 0; i <=N; i++) {
- test = new MemoryTest();
- }
- System.out.println(test.weeks.length);
- }
- }
我想大家應(yīng)該發(fā)現(xiàn)上面那兩個(gè)類的區(qū)別了吧！
代碼一會(huì)在內(nèi)存中保存20000個(gè)weeks的副本，而代碼二則在內(nèi)存中保存1個(gè)weeks的副本，然后共享該副本，這樣的話就不會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)。
雖然靜態(tài)的變量能節(jié)約大量的內(nèi)存，但是并不是所有的地方都適合用，建議大家在下列條件都符合的情況下，盡量用靜態(tài)變量：
（1）變量所包含的對(duì)象體積較大，占用內(nèi)存較多。
（2）變量所包含的對(duì)象生命周期較長(zhǎng)。
（3）變量所包含的對(duì)象數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
（4）該類的對(duì)象實(shí)例有對(duì)該變量所包含的對(duì)象的共享需求。
如果變量不具備上述特點(diǎn)，建議不要輕易使用靜態(tài)變量，以免弄巧成拙。
最后，再提一點(diǎn)內(nèi)存的優(yōu)化，就是有關(guān)對(duì)象的重用，比如：對(duì)象池和數(shù)據(jù)庫(kù)連接池等。那樣的話，是很節(jié)約內(nèi)存空間的，不過，在用的時(shí)候要考慮各個(gè)方面，比如：運(yùn)行環(huán)境的內(nèi)存資源的限制等。為了防止對(duì)象池中的對(duì)象過多，要記得清除。#p#
內(nèi)存管理有許多技巧和方式
其實(shí)內(nèi)存管理有許多技巧和方式，在這，我給大家介紹一下。
（1）要盡早的釋放無(wú)用對(duì)象的引用。如果，該對(duì)象不用了，你可以把它設(shè)置為null。但要注意，如果該對(duì)象是某方法的返回值，千萬(wàn)不要這樣處理，否則你從該方法中得到的返回值永遠(yuǎn)為空，而且這種錯(cuò)誤不易被發(fā)現(xiàn)，因此這時(shí)很難及時(shí)抓住、排除NullPointerException異常。
（2）盡量少用finalize函數(shù)。因?yàn)樗鼤?huì)加大GC的工作量，因此盡量少用finalize方式回收資源。
（3）如果需要使用經(jīng)常用到的圖片，可以使用soft應(yīng)用類型（也就是轉(zhuǎn)換為軟引用類型），它可以盡可能將圖片保存在內(nèi)存中，供程序調(diào)用，而不引起OutOfMemory。
（4）注意集合數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)組、樹、圖、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)于GC來(lái)說(shuō)，回收更為復(fù)雜。另外，要注意那些全局變量，靜態(tài)變量，這些對(duì)象往往容易引起懸掛對(duì)象，造成內(nèi)存浪費(fèi)。
（5）盡量避免在類的默認(rèn)構(gòu)造器中創(chuàng)建、初始化大量的對(duì)象，防止在調(diào)用其子類的構(gòu)造器時(shí)造成不必要的內(nèi)存資源浪費(fèi)。
（6）盡量避免強(qiáng)制系統(tǒng)做垃圾內(nèi)存回收（通過顯式調(diào)用方法System.gc())，增長(zhǎng)系統(tǒng)做垃圾回收的最終時(shí)間，降低系統(tǒng)性能。
（7）盡量避免顯式申請(qǐng)數(shù)組空間，當(dāng)不得不顯式申請(qǐng)數(shù)組空間時(shí)盡量準(zhǔn)確的估計(jì)出其合理值，以免造成不必要的系統(tǒng)內(nèi)存開銷。
（8）盡量在做遠(yuǎn)程方法調(diào)用（RMI）類應(yīng)用開發(fā)時(shí)使用瞬間值變量，除非遠(yuǎn)程調(diào)用端需要獲取該瞬間值變量的值。
（9）盡量在合適的場(chǎng)景下使用對(duì)象池技術(shù)以提高系統(tǒng)的性能，縮減系統(tǒng)內(nèi)存開銷，但是要注意對(duì)象池的尺寸不易過大，及時(shí)清除無(wú)效對(duì)象釋放內(nèi)存資源，綜合考慮應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的內(nèi)存資源限制，避免過高估計(jì)運(yùn)行環(huán)境所提供內(nèi)存資源的數(shù)量。
雖然，這些技巧提高不了多少性能，但是，在嵌入式開發(fā)，或者要求性能比較高的系統(tǒng)中卻很有用。
【編輯推薦】
