《垃圾收集》
--------------------------------------------------------------------------------

垃圾收集器是Java語(yǔ)言區(qū)別于其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一大特色。它把程序員從手工回收內(nèi)存空間的繁重工作中解脫了出來(lái)。在SUN公司的Java程序員（Java Programmer）認(rèn)證考試中，垃圾收集器是必考的內(nèi)容，一般最多可以占總分值的6%左右。但是由于SUN公司的Java Programming Language SL-275課程的標(biāo)準(zhǔn)教材中，對(duì)有關(guān)垃圾收集器的內(nèi)容只做了非常簡(jiǎn)單的介紹，而另外的一些關(guān)于Java技術(shù)的書(shū)籍，比如《Java 2核心技術(shù)》、《Java編程思想》、《精通Java 2》等等，里面關(guān)于垃圾收集器的內(nèi)容也幾乎沒(méi)有，或者只是簡(jiǎn)單地提兩句，所以很多參加Java Programmer認(rèn)證考試的中國(guó)考生，在垃圾收集器這一部分的得分都為0分。鑒于此，筆者總結(jié)了這個(gè)垃圾收集器的專(zhuān)題，希望對(duì)廣大Java技術(shù)的愛(ài)好者和準(zhǔn)備認(rèn)證考試的考生們有所幫助。
我們知道，許多程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都允許在程序運(yùn)行期動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存空間。分配內(nèi)存的方式多種多樣，取決于該種語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。但不論是哪一種語(yǔ)言的內(nèi)存分配方式，最后都要返回所分配的內(nèi)存塊的起始地址，即返回一個(gè)指針到內(nèi)存塊的首地址。當(dāng)已經(jīng)分配的內(nèi)存空間不再需要時(shí)，換句話(huà)說(shuō)當(dāng)指向該內(nèi)存塊的句柄超出了使用范圍的時(shí)候，該程序或其運(yùn)行環(huán)境就應(yīng)該回收該內(nèi)存空間，以節(jié)省寶貴的內(nèi)存資源。在C，C++或其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，無(wú)論是對(duì)象還是動(dòng)態(tài)配置的資源或內(nèi)存，都必須由程序員自行聲明產(chǎn)生和回收，否則其中的資源將消耗，造成資源的浪費(fèi)甚至死機(jī)。但手工回收內(nèi)存往往是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作。因?yàn)橐�預(yù)先確定占用的內(nèi)存空間是否應(yīng)該被回收是非常困難的！如果一段程序不能回收內(nèi)存空間，而且在程序運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中又沒(méi)有了可以分配的內(nèi)存空間時(shí)，這段程序就只能崩潰。通常，我們把分配出去后，卻無(wú)法回收的內(nèi)存空間稱(chēng)為"內(nèi)存滲漏體（Memory Leaks）"。
以上這種程序設(shè)計(jì)的潛在危險(xiǎn)性在Java這樣以嚴(yán)謹(jǐn)、安全著稱(chēng)的語(yǔ)言中是不允許的。但是Java語(yǔ)言既不能限制程序員編寫(xiě)程序的自由性，又不能把聲明對(duì)象的部分去除（否則就不是面向?qū)ο蟮某绦蛘Z(yǔ)言了），那么最好的解決辦法就是從Java程序語(yǔ)言本身的特性入手。于是，Java技術(shù)提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的線程（Thread），即垃圾收集器線程（Garbage Collection Thread），來(lái)跟蹤每一塊分配出去的內(nèi)存空間，當(dāng)Java虛擬機(jī)（JVM）處于空閑循環(huán)時(shí)，垃圾收集器線程會(huì)自動(dòng)檢查每一快分配出去的內(nèi)存空間，然后自動(dòng)回收每一塊可以回收的無(wú)用的內(nèi)存塊。
垃圾收集器線程是一種低優(yōu)先級(jí)的線程，在一個(gè)Java程序的生命周期中，它只有在內(nèi)存空閑的時(shí)候才有機(jī)會(huì)運(yùn)行。它有效地防止了內(nèi)存滲漏體的出現(xiàn)，并極大可能地節(jié)省了寶貴的內(nèi)存資源。但是，通過(guò)Java虛擬機(jī)來(lái)執(zhí)行垃圾收集器的方案可以是多種多樣的。
下面介紹垃圾收集器的特點(diǎn)和它的執(zhí)行機(jī)制：
垃圾收集器系統(tǒng)有自己的一套方案來(lái)判斷哪個(gè)內(nèi)存塊是應(yīng)該被回收的，哪個(gè)是不符合要求暫不回收的。垃圾收集器在一個(gè)Java程序中的執(zhí)行是自動(dòng)的，不能強(qiáng)制執(zhí)行，即使程序員能明確地判斷出有一塊內(nèi)存已經(jīng)無(wú)用了，是應(yīng)該回收的，程序員也不能強(qiáng)制垃圾收集器回收該內(nèi)存塊。程序員唯一能做的就是通過(guò)調(diào)用System.gc()方法來(lái)"建議"執(zhí)行垃圾收集器，但其是否可以執(zhí)行，什么時(shí)候執(zhí)行卻都是不可知的。這也是垃圾收集器的最主要的缺點(diǎn)。當(dāng)然相對(duì)于它給程序員帶來(lái)的巨大方便性而言，這個(gè)缺點(diǎn)是瑕不掩瑜的。
垃圾收集器的主要特點(diǎn)有：
1、垃圾收集器的工作目標(biāo)是回收已經(jīng)無(wú)用的對(duì)象的內(nèi)存空間，從而避免內(nèi)存滲漏體的產(chǎn)生，節(jié)省內(nèi)存資源，避免程序代碼的崩潰。
2、垃圾收集器判斷一個(gè)對(duì)象的內(nèi)存空間是否無(wú)用的標(biāo)準(zhǔn)是：如果該對(duì)象不能再被程序中任何一個(gè)"活動(dòng)的部分"所引用，此時(shí)我們就說(shuō)，該對(duì)象的內(nèi)存空間已經(jīng)無(wú)用。所謂"活動(dòng)的部分"，是指程序中某部分參與程序的調(diào)用，正在執(zhí)行過(guò)程中，尚未執(zhí)行完畢。
3、垃圾收集器線程雖然是作為低優(yōu)先級(jí)的線程運(yùn)行，但在系統(tǒng)可用內(nèi)存量過(guò)低的時(shí)候，它可能會(huì)突發(fā)地執(zhí)行來(lái)挽救內(nèi)存資源。當(dāng)然其執(zhí)行與否也是不可預(yù)知的。
4、垃圾收集器不可以被強(qiáng)制執(zhí)行，但程序員可以通過(guò)調(diào)用System.gc()方法來(lái)建議執(zhí)行垃圾收集器。
5、不能保證一個(gè)無(wú)用的對(duì)象一定會(huì)被垃圾收集器收集，也不能保證垃圾收集器在一段Java語(yǔ)言代碼中一定會(huì)執(zhí)行。因此在程序執(zhí)行過(guò)程中被分配出去的內(nèi)存空間可能會(huì)一直保留到該程序執(zhí)行完畢，除非該空間被重新分配或被其他方法回收。由此可見(jiàn)，完全徹底地根絕內(nèi)存滲漏體的產(chǎn)生也是不可能的。但是請(qǐng)不要忘記，Java的垃圾收集器畢竟使程序員從手工回收內(nèi)存空間的繁重工作中解脫了出來(lái)。設(shè)想一個(gè)程序員要用C或C++來(lái)編寫(xiě)一段10萬(wàn)行語(yǔ)句的代碼，那么他一定會(huì)充分體會(huì)到Java的垃圾收集器的優(yōu)點(diǎn)。
6、同樣沒(méi)有辦法預(yù)知在一組均符合垃圾收集器收集標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象中，哪一個(gè)會(huì)被首先收集。
7、循環(huán)引用對(duì)象不會(huì)影響其被垃圾收集器收集。
8、可以通過(guò)將對(duì)象的引用變量（reference variables，即句柄handles）初始化為null值，來(lái)暗示垃圾收集器來(lái)收集該對(duì)象。但此時(shí)，如果該對(duì)象連接有事件監(jiān)聽(tīng)器（典型的AWT組件），那它還是不可以被收集。所以在設(shè)一個(gè)引用變量為null值之前，應(yīng)注意該引用變量指向的對(duì)象是否被監(jiān)聽(tīng)，若有，要首先除去監(jiān)聽(tīng)器，然后才可以賦空值。
9、每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)finalize()方法，這個(gè)方法是從Object類(lèi)繼承來(lái)的。
10、finalize()方法用來(lái)回收內(nèi)存以外的系統(tǒng)資源，就像是文件處理器和網(wǎng)絡(luò)連接器。該方法的調(diào)用順序和用來(lái)調(diào)用該方法的對(duì)象的創(chuàng)建順序是無(wú)關(guān)的。換句話(huà)說(shuō)，書(shū)寫(xiě)程序時(shí)該方法的順序和方法的實(shí)際調(diào)用順序是不相干的。請(qǐng)注意這只是finalize()方法的特點(diǎn)。
11、每個(gè)對(duì)象只能調(diào)用finalize()方法一次。如果在finalize()方法執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生異常（exception），則該對(duì)象仍可以被垃圾收集器收集。
12、垃圾收集器跟蹤每一個(gè)對(duì)象，收集那些不可到達(dá)的對(duì)象（即該對(duì)象沒(méi)有被程序的任何"活的部分"所調(diào)用），回收其占有的內(nèi)存空間。但在進(jìn)行垃圾收集的時(shí)候，垃圾收集器會(huì)調(diào)用finalize()方法，通過(guò)讓其他對(duì)象知道它的存在，而使不可到達(dá)的對(duì)象再次"復(fù)蘇"為可到達(dá)的對(duì)象。既然每個(gè)對(duì)象只能調(diào)用一次finalize()方法，所以每個(gè)對(duì)象也只可能"復(fù)蘇"一次。
13、finalize()方法可以明確地被調(diào)用，但它卻不能進(jìn)行垃圾收集。
14、finalize()方法可以被重載（overload），但只有具備初始的finalize()方法特點(diǎn)的方法才可以被垃圾收集器調(diào)用。
15、子類(lèi)的finalize()方法可以明確地調(diào)用父類(lèi)的finalize()方法，作為該子類(lèi)對(duì)象的最后一次適當(dāng)?shù)牟僮�。但Java編譯器卻不認(rèn)為這是一次覆蓋操作（overriding），所以也不會(huì)對(duì)其調(diào)用進(jìn)行檢查。
16、當(dāng)finalize()方法尚未被調(diào)用時(shí)，System.runFinalization()方法可以用來(lái)調(diào)用finalize()方法，并實(shí)現(xiàn)相同的效果，對(duì)無(wú)用對(duì)象進(jìn)行垃圾收集。
17、當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢，其中的局部變量就會(huì)超出使用范圍，此時(shí)可以被當(dāng)作垃圾收集，但以后每當(dāng)該方法再次被調(diào)用時(shí)，其中的局部變量便會(huì)被重新創(chuàng)建。
18、Java語(yǔ)言使用了一種"標(biāo)記交換區(qū)的垃圾收集算法"。該算法會(huì)遍歷程序中每一個(gè)對(duì)象的句柄，為被引用的對(duì)象做標(biāo)記，然后回收尚未做標(biāo)記的對(duì)象。所謂遍歷可以簡(jiǎn)單地理解為"檢查每一個(gè)"。
19、Java語(yǔ)言允許程序員為任何方法添加finalize()方法，該方法會(huì)在垃圾收集器交換回收對(duì)象之前被調(diào)用。但不要過(guò)分依賴(lài)該方法對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行回收和再利用，因?yàn)樵摲椒ㄕ{(diào)用后的執(zhí)行結(jié)果是不可預(yù)知的。
通過(guò)以上對(duì)垃圾收集器特點(diǎn)的了解，你應(yīng)該可以明確垃圾收集器的作用，和垃圾收集器判斷一塊內(nèi)存空間是否無(wú)用的標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)你為一個(gè)對(duì)象賦值為null并且重新定向了該對(duì)象的引用者，此時(shí)該對(duì)象就符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。
判斷一個(gè)對(duì)象是否符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)，這是SUN公司程序員認(rèn)證考試中垃圾收集器部分的重要考點(diǎn)（可以說(shuō)，這是唯一的考點(diǎn)）。所以，考生在一段給定的代碼中，應(yīng)該能夠判斷出哪個(gè)對(duì)象符合垃圾收集器收集的標(biāo)準(zhǔn)，哪個(gè)不符合。下面結(jié)合幾種認(rèn)證考試中可能出現(xiàn)的題型來(lái)具體講解：
Object obj = new Object ( ) ;
我們知道，obj為Object的一個(gè)句柄。當(dāng)出現(xiàn)new關(guān)鍵字時(shí)，就給新建的對(duì)象分配內(nèi)存空間，而obj的值就是新分配的內(nèi)存空間的首地址，即該對(duì)象的值（請(qǐng)?zhí)貏e注意，對(duì)象的值和對(duì)象的內(nèi)容是不同含義的兩個(gè)概念：對(duì)象的值就是指其內(nèi)存塊的首地址，即對(duì)象的句柄；而對(duì)象的內(nèi)容則是其具體的內(nèi)存塊）。此時(shí)如果有obj=null；則obj指向的內(nèi)存塊此時(shí)就無(wú)用了，因?yàn)橄旅嬖贈(zèng)]有調(diào)用該變量了。
請(qǐng)?jiān)倏匆韵氯�種認(rèn)證考試時(shí)可能出現(xiàn)的題型：
程序段1：
1、fobj = new Object ( ) ;
2、fobj.Method ( ) ;
3、fobj = new Object ( ) ;
4、fobj. Method ( ) ;
問(wèn)：這段代碼中，第幾行的fobj符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)？
答：第3行。因?yàn)榈?行的fobj被賦了新值，產(chǎn)生了一個(gè)新的對(duì)象，即換了一塊新的內(nèi)存空間，也相當(dāng)于為第1行中的fobj賦了null值。這種類(lèi)型的題在認(rèn)證考試中是最簡(jiǎn)單的。
程序段2：
1、Object sobj = new Object ( ) ;
2、Object sobj = null ;
3、Object sobj = new Object ( ) ;
4、sobj = new Object ( ) ;
問(wèn)：這段代碼中，第幾行的內(nèi)存空間符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)？
答：第1行和第3行。因?yàn)榈?行為sobj賦值為null，所以在此第1行的sobj符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。而第4行相當(dāng)于為sobj賦值為null，所以在此第3行的sobj也符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。
如果有一個(gè)對(duì)象的句柄a，且你把a(bǔ)作為某個(gè)構(gòu)造器的參數(shù)，即new Constructor ( a )的時(shí)候，即使你給a賦值為null，a也不符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。直到由上面構(gòu)造器構(gòu)造的新對(duì)象被賦空值時(shí)，a才可以被垃圾收集器收集。
程序段3：
1、Object aobj = new Object ( ) ;
2、Object bobj = new Object ( ) ;
3、Object cobj = new Object ( ) ;
4、aobj = bobj;
5、aobj = cobj;
6、cobj = null;
7、aobj = null;
問(wèn)：這段代碼中，第幾行的內(nèi)存空間符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)？
答：第7行。注意這類(lèi)題型是認(rèn)證考試中可能遇到的最難題型了。
行1-3分別創(chuàng)建了Object類(lèi)的三個(gè)對(duì)象：aobj，bobj，cobj。
行4：此時(shí)對(duì)象aobj的句柄指向bobj，所以該行的執(zhí)行不能使aobj符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。
行5：此時(shí)對(duì)象aobj的句柄指向cobj，所以該行的執(zhí)行不能使aobj符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。
行6：此時(shí)仍沒(méi)有任何一個(gè)對(duì)象符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。
行7：對(duì)象cobj符合了垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閏obj的句柄指向單一的地址空間。在第6行的時(shí)候，cobj已經(jīng)被賦值為null，但由cobj同時(shí)還指向了aobj（第5行），所以此時(shí)cobj并不符合垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。而在第7行，aobj所指向的地址空間也被賦予了空值null，這就說(shuō)明了，由cobj所指向的地址空間已經(jīng)被完全地賦予了空值。所以此時(shí)cobj最終符合了垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于aobj和bobj，仍然無(wú)法判斷其是否符合收集標(biāo)準(zhǔn)。
總之，在Java語(yǔ)言中，判斷一塊內(nèi)存空間是否符合垃圾收集器收集標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)只有兩個(gè)：
1、給對(duì)象賦予了空值null，以下再?zèng)]有調(diào)用過(guò)。
2、給對(duì)象賦予了新值，既重新分配了內(nèi)存空間。
最后再次提醒一下，一塊內(nèi)存空間符合了垃圾收集器的收集標(biāo)準(zhǔn)，并不意味著這塊內(nèi)存空間就一定會(huì)被垃圾收集器收集。