【JAVA优化编程】内存管理之——（1）垃圾回收

    内存管理的话题在C或C++程序设计中讨论得相对较多，因为在C与C++程序设计中需要开发人员自己申请并管理内存，开发人员可以申请/借用（Apply）系统内存并且负责释放/归还（Release）系统内存，如果“只借不还”就会造成系统内存泄漏的问题。在Java程序设计中，这些工作由Java虚拟机（JVM）负责处理。所有内存的申请、分配、释放都由JVM负责完成。因此，开发人员就省去了这部分工作，不过这并不意味着开发人员可以完全依赖于JVM的内存管理功能，如果你这样想并在实际的应用开发中也这样做，你所开发的应用的性能，可能不是最优的。这是因为，无论配置多么优良的硬件环境其自身资源都是有限的，而Java语言（其实不只Java语言）的性能极大程度上依赖于其运行的硬件环境资源，而内存又是硬件环境资源中重要的一部分，因此说如果开发人员开发的Java应用没能有效、合理地使用系统内存，那么这个应用就不可能具备较高的性能。下面对在Java应用开发中的与内存管理相关的技术做详细的讲解。

 

1  垃圾回收

    垃圾回收（Garbage Collection， GC）是Java程序设计中内存管理的核心概念，Java虚拟机（JVM）的内存管理机制被称为垃圾回收机制。因此，掌握如何在开发Java应用时才能合理地管理内存，首先应该了解Java虚拟机的内存管理机制——垃圾回收机制 ，否则，在不了解垃圾回收具体实现机制的情况下讨论Java程序设计中的内存管理，优化Java应用性能，就有些纸上谈兵，舍本逐末了。

    我们提到Java程序设计中的内存管理机制是通过垃圾回收来完成的，那么在JVM运行环境中什么样的对象是垃圾呢？下面我们给出了在JVM运行环境中垃圾对象的定义：

 

        一个对象创建后被放置在JVM的堆内存（heap）中，当永远不再引用这个对象时，它将被JVM在堆内存（heap）中回收。被创建的对象不能再生，同时也没有办法通过程序语句释放它们。

    我们也可以这样给JVM中的垃圾对象下定义：

        当对象在JVM运行空间中无法通过根集合（root set）到达（找到）时，这个对象就被称为垃圾对象。根集合是由类中的静态引用域与本地引用域组成的。JVM中通过根集合索引对象。

 

    这里提到了堆内存的概念，它是JVM管理的一种内存类型，在做Java应用开发时经常会用到由JVM管理的两种类型的内存：堆内存（heap）与栈内存（stack）。简单地讲，堆内存主要用来存储程序在运行时创建或实例化的对象与变量，例如：我们通过new MyClass()创建的类MyClass的对象。而栈内存（stack）则是用来存储程序代码中声明为静态（static）（或非静态）的方法，JVM、堆内存（heap）与栈内存（stack）三者的关系如图所示：

    下面通过一个实例来看一下堆内存（heap）与栈内存（stack）中所存储对象的类型由哪些不同。

...  ...
public class BirdTest {
    static Vector birdList = new Vector();
    static void makeBird() {
        Object bird = new Bird();
        birdList.addElement(bird);
    }
    public static void main(String[] arg) {
        makeBird();
        ...
    }
}
...  ...

 

 

    在上面的代码中声明了一些静态的变量与方法，同时也通过关键字new创建了一些对象实例，下面给出这个简单的类在运行时JVM中堆内存（heap）与栈内存（stack）中所存储的对象情况，如图所示。

    在上图中，可以看到我们在类BirdTest中声明的Vector类的birdList对象，以及在运行时创建的Bird对象都被放在了堆内存（heap）中，而把两个静态方法main()与makeBird()放在了栈内存（stack）中。这说明birdList对象占用了堆内存，静态方法main()与makeBird()则占用了栈内存。在对Java程序设计中内存管理技术做更为深入的讨论之前，有必要再详细地讲一下堆内存（heap）的相关知识。

 

1.1 堆内存

    堆内存（heap）在JVM启动的时候被创建，堆内存中所存储的对象可以被JVM自动回收，不能通过其他外部手段回收，也就是说开发人员无法通过添加相关代码的手段，回收位于堆内存中的对象。堆内存（heap）通常情况下被分为两个区域：新对象（new object）区域与老对象（old object）区域。这里又引入了两个有关JVM内存管理的新概念。下面分别对这两个概念做一下介绍。

    新对象（new object）区域 。又可以细分为三个小区域：伊甸园（Eden）区域、From区域与To区域。伊甸园区域用来保存新创建的对象，他就像一个堆栈，新的对象被创建，就像指向该栈的指针（如果你熟悉C语言，应该非常熟悉指针的概念）在增长一样，当伊甸园区域中的对象满了之后，JVM系统将要做可到达性测试，主要任务是检测有哪些对象由根集合出发是不可到达的，这些对象就可以被JVM回收，并且将所有的活动对象从伊甸园区域拷到To区域，此时一些对象将发生状态交换，有的对象就从To区域被转移到From区域，此时From区域就有了对象。上面对象迁移的整个过程，都是由JVM控制完成的。

    老对象（old object）区域 。在老对象区域中的对象仍然会有一个较长的生命周期，大多数的JVM系统垃圾对象，都是来源于“短命”对象，经过一段时间后，被转入老对象区域的对象，就变成了垃圾对象。此时，它们都被打上相应的标记，JVM系统将会自动回收这些垃圾对象，建议你不要频繁地强制系统做垃圾回收，这是因为JVM会利用有限的系统资源，优先完成垃圾回收工作，致使应用无法快速地响应来自用户端的请求，这样会影响系统的整体性能。

    通过上面的学习，我们知道垃圾回收与对象的生命周期是紧紧联系在一起的，那么JVM中的对象生命周期是怎样的呢？下一篇就来讲解JVM中对象的生命周期的相关知识。