Ｊａｖａ內(nèi)存管理分析

魏遠(yuǎn)紅

[摘要]討論內(nèi)存泄漏的概念，Java語言的內(nèi)存管理機(jī)制，垃圾回收器的原理，結(jié)合實(shí)際代碼分析Java語言中可能存在的內(nèi)存泄漏問題，并列舉幾種常見的檢測(cè)及防止內(nèi)存泄漏的方法。

[關(guān)鍵詞]Java 垃圾回收 內(nèi)存泄漏

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0420040－01

一、引言

所謂內(nèi)存泄漏，是指系統(tǒng)中存在無法回收的內(nèi)存，有時(shí)候會(huì)造成內(nèi)存不足或系統(tǒng)崩潰。關(guān)于內(nèi)存泄露問題，對(duì)于c/c++來說，這個(gè)應(yīng)該是比較常見的問題。對(duì)于Java語言，由于Java通過垃圾收集器（Garbage Collecti

-On，GC）自動(dòng)管理內(nèi)存的回收，程序員不需要通過調(diào)用函數(shù)來釋放內(nèi)存。因此，很多程序員認(rèn)為Java不存在內(nèi)存泄漏問題，或者認(rèn)為即使有內(nèi)存泄漏也不是程序的責(zé)任，而是GC或JVM的問題。其實(shí)，這種想法是不正確的，因?yàn)镴ava也存在內(nèi)存泄露，但它的表現(xiàn)與C++不同。隨著越來越多的服務(wù)器程序采用Java技術(shù)，例如JSP，Servlet，EJB等，服務(wù)器程序往往長期運(yùn)行。另外，在很多嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存的總量非常有限。內(nèi)存泄露問題也就變得十分關(guān)鍵，即使每次運(yùn)行少量泄漏，長期運(yùn)行之后，系統(tǒng)也是面臨崩潰的危險(xiǎn)。

二、Java管理內(nèi)存的方法

（一）Java垃圾回收器原理

Java的內(nèi)存管理就是對(duì)象的分配和釋放問題。在Java中，程序員需要通過關(guān)鍵字new為每個(gè)對(duì)象申請(qǐng)內(nèi)存空間 （基本類型除外），所有的對(duì)象都在堆（Heap）中分配空間。另外，對(duì)象的釋放是由GC決定和執(zhí)行的。在Java中，內(nèi)存的分配是由程序完成的，而內(nèi)存的釋放是有GC完成的，這種收支兩條線的方法確實(shí)簡化了程序員的工作。但同時(shí)，它也加重了JVM的工作。這也是Java程序運(yùn)行速度較慢的原因之一。因?yàn)?，GC為了能夠正確釋放對(duì)象，GC必須監(jiān)控每一個(gè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，包括對(duì)象的申請(qǐng)、引用、被引用、賦值等，GC都需要進(jìn)行監(jiān)控。

監(jiān)視對(duì)象狀態(tài)是為了更加準(zhǔn)確地、及時(shí)地釋放對(duì)象，而釋放對(duì)象的根本原則就是該對(duì)象不再被引用。為了更好理解GC的工作原理，我們可以將對(duì)象考慮為有向圖的頂點(diǎn)，將引用關(guān)系考慮為圖的有向邊，有向邊從引用者指向被引對(duì)象。另外，每個(gè)線程對(duì)象可以作為一個(gè)圖的起始頂點(diǎn)，例如大多程序從main進(jìn)程開始執(zhí)行，那么該圖就是以main進(jìn)程頂點(diǎn)開始的一棵根樹。在這個(gè)有向圖中，根頂點(diǎn)可達(dá)的對(duì)象都是有效對(duì)象，GC將不回收這些對(duì)象。如果某個(gè)對(duì)象（連通子圖）與這個(gè)根頂點(diǎn)不可達(dá)（注意，該圖為有向圖），那么我們認(rèn)為這個(gè)（這些）對(duì)象不再被引用，可以被GC回收。

（二）什么是Java中的內(nèi)存泄露

下面，我們就可以描述什么是內(nèi)存泄漏。在Java中，內(nèi)存泄漏就是存在一些被分配的對(duì)象，這些對(duì)象有下面兩個(gè)特點(diǎn)，首先，這些對(duì)象是可達(dá)的，即在有向圖中，存在通路可以與其相連；其次，這些對(duì)象是無用的，即程序以后不會(huì)再使用這些對(duì)象。如果對(duì)象滿足這兩個(gè)條件，這些對(duì)象就可以判定為Java中的內(nèi)存泄漏，這些對(duì)象不會(huì)被GC所回收，然而它卻占用內(nèi)存。在C++中，內(nèi)存泄漏的范圍更大一些。有些對(duì)象被分配了內(nèi)存空間，然后卻不可達(dá)，由于C++中沒有GC，這些內(nèi)存將永遠(yuǎn)收不回來。在Java中，這些不可達(dá)的對(duì)象都由GC負(fù)責(zé)回收，因此程序員不需要考慮這部分的內(nèi)存泄露。 通過分析，我們得知，對(duì)于C++，程序員需要自己管理邊和頂點(diǎn)，而對(duì)于Java程序員只需要管理邊就可以了（不需要管理頂點(diǎn)的釋放）。通過這種方式，Java提高了編程的效率。 因此，通過以上分析，我們知道在Java中也有內(nèi)存泄漏，但范圍比C++要小一些。因?yàn)镴ava從語言上保證，任何對(duì)象都是可達(dá)的，所有的不可達(dá)對(duì)象都由GC管理。

三、如何檢測(cè)內(nèi)存泄漏

最后一個(gè)重要的問題，就是如何檢測(cè)Java的內(nèi)存泄漏。目前，我們通常使用一些工具來檢查Java程序的內(nèi)存泄漏問題。市場(chǎng)上已有幾種專業(yè)檢查Java內(nèi)存泄漏的工具，它們的基本工作原理大同小異，都是通過監(jiān)測(cè)Java程序運(yùn)行時(shí)，所有對(duì)象的申請(qǐng)、釋放等動(dòng)作，將內(nèi)存管理的所有信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、可視化。開發(fā)人員將根據(jù)這些信息判斷程序是否有內(nèi)存泄漏問題。這些工具包括Optimizeit Profiler，JProbe Profiler，JinSight,Rational公司的Purify等。

四、結(jié)束語

綜上所述，Java也存在內(nèi)存泄露問題，其原因主要是一些對(duì)象雖然不再被使用，但它們?nèi)匀槐灰谩榱私鉀Q這些問題，我們可以通過軟件工具來檢查內(nèi)存泄露，檢查的主要原理就是暴露出所有堆中的對(duì)象，讓程序員尋找那些無用但仍被引用的對(duì)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]Bruce Eckel著，侯捷譯，Java編程思想，機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]Joshua Bloch著，Effective Java，中國電力出版社，2004.

[3]中國程序員論壇，www.csdn.net.