面试问题总结

一个优秀的Java程序员必须了解的GC机制

　　一个优秀的Java程序员必须了解GC的工做原理、如何优化GC的性能、如何与GC进行有限的交互，有一些应用程序对性能要求较高，例如嵌入式系统、实时系统等，只有全面提高内存的管理效率，才能提升整个应用程序的性能。本文将从GC的工做原理、GC的几个关键问题进行探讨，最后提出一些Java程序设计建议，如何从GC角度提升Java程序的性能。

　　GC的基本原理

　　GC是什么? 为何要有GC呢?

　　GC是垃圾收集的意思（Garbage Collection）,内存处理是编程人员容易出现问题的地方，忘记或者错误的内存回收会致使程序或系统的不稳定甚至崩溃，Java提供的GC功能能够自动监测对象是否超过做用域从而达到自动回收内存的目的，Java语言没有提供释放已分配内存的显示操做方法。

　　因此，Java的内存管理实际上就是对象的管理，其中包括对象的分配和释放。

　　对于程序员来讲，分配对象使用new关键字；释放对象时，只要将对象全部引用赋值为null，让程序不可以再访问到这个对象，咱们称该对象为"不可达的".GC将负责回收全部"不可达"对象的内存空间。

　　对于GC来讲，当程序员建立对象时，GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用状况。一般，GC采用有向图的方式记录和管理堆（heap）中的全部对象。经过这种方式肯定哪些对象是"可达的"，哪些对象是"不可达的".当GC肯定一些对象为"不可达"时，GC就有责任回收这些内存空间。可是，为了保证 GC可以在不一样平台实现的问题，Java规范对GC的不少行为都没有进行严格的规定。例如，对于采用什么类型的回收算法、何时进行回收等重要问题都没有明确的规定。所以，不一样的JVM的实现者每每有不一样的实现算法。这也给Java程序员的开发带来行多不肯定性。本文研究了几个与GC工做相关的问题，努力减小这种不肯定性给Java程序带来的负面影响。

　　增量式GC（ Incremental GC ）

　　GC 在JVM中一般是由一个或一组进程来实现的，它自己也和用户程序同样占用heap空间，运行时也占用CPU.当GC进程运行时，应用程序中止运行。所以，当GC运行时间较长时，用户可以感到Java程序的停顿，另一方面，若是GC运行时间过短，则可能对象回收率过低，这意味着还有不少应该回收的对象没有被回收，仍然占用大量内存。所以，在设计GC的时候，就必须在停顿时间和回收率之间进行权衡。一个好的GC实现容许用户定义本身所须要的设置，例若有些内存有限有设备，对内存的使用量很是敏感，但愿GC可以准确的回收内存，它并不在乎程序速度的放慢。另一些实时网络游戏，就不可以容许程序有长时间的中断。增量式GC就是经过必定的回收算法，把一个长时间的中断，划分为不少个小的中断，经过这种方式减小GC对用户程序的影响。虽然，增量式GC在总体性能上可能不如普通GC的效率高，可是它可以减小程序的最长停顿时间。

　　Sun JDK提供的HotSpot JVM就能支持增量式GC.HotSpot JVM缺省GC方式为不使用增量GC，为了启动增量GC，咱们必须在运行Java程序时增长-Xincgc的参数。HotSpot JVM增量式GC的实现是采用Train GC算法。它的基本想法就是，将堆中的全部对象按照建立和使用状况进行分组（分层），将使用频繁高和具备相关性的对象放在一队中，随着程序的运行，不断对组进行调整。当GC运行时，它老是先回收最老的（最近不多访问的）的对象，若是整组都为可回收对象，GC将整组回收。这样，每次GC运行只回收必定比例的不可达对象，保证程序的顺畅运行。

　　详解finalize函数

　　finalize 是位于Object类的一个方法，该方法的访问修饰符为protected，因为全部类为Object的子类，所以用户类很容易访问到这个方法。因为，finalize函数没有自动实现链式调用，咱们必须手动的实现，所以finalize函数的最后一个语句一般是 super.finalize（）。经过这种方式，咱们能够实现从下到上实现finalize的调用，即先释放本身的资源，而后再释放父类的资源。

　　根据Java语言规范，JVM保证调用finalize函数以前，这个对象是不可达的，可是JVM不保证这个函数必定会被调用。另外，规范还保证finalize函数最多运行一次。

　　不少Java初学者会认为这个方法相似与C++中的析构函数，将不少对象、资源的释放都放在这一函数里面。其实，这不是一种很好的方式。缘由有三，其一，GC为了可以支持finalize函数，要对覆盖这个函数的对象做不少附加的工做。其二，在finalize运行完成以后，该对象可能变成可达的，GC还要再检查一次该对象是不是可达的。所以，使用 finalize会下降GC的运行性能。其三，因为GC调用finalize的时间是不肯定的，所以经过这种方式释放资源也是不肯定的。

　　一般，finalize用于一些不容易控制、而且很是重要资源的释放，例如一些I/O的操做，数据的链接。这些资源的释放对整个应用程序是很是关键的。在这种状况下，程序员应该以经过程序自己管理（包括释放）这些资源为主，以finalize函数释放资源方式为辅，造成一种双保险的管理机制，而不该该仅仅依靠finalize来释放资源。

　　下面给出一个例子说明，finalize函数被调用之后，仍然多是可达的，同时也可说明一个对象的finalize只可能运行一次。

　　class MyObject{

　　Test main; //记录Test对象，在finalize中时用于恢复可达性

　　public MyObject(Test t)

　　{

　　main=t; //保存Test 对象

　　}

　　protected void finalize()

　　{

　　main.ref=this;// 恢复本对象，让本对象可达

　　System.out.println("This is finalize");//用于测试finalize只运行一次

　　}

　　}

　　class Test {

　　MyObject ref;

　　public static void main(String[] args) {

　　Test test=new Test();

　　test.ref=new MyObject(test);

　　test.ref=null; //MyObject对象为不可达对象，finalize将被调用

　　System.gc();

　　if (test.ref!=null) System.out.println("My Object还活着");

　　}

　　}

　　运行结果：

　　This is finalize

　　MyObject还活着：此例子中，须要注意的是虽然MyObject对象在finalize中变成可达对象，可是下次回收时候，finalize却再也不被调用，由于finalize函数最多只调用一次。

　　程序如何与GC进行交互

　　Java2 加强了内存管理功能，增长了一个java.lang.ref包，其中定义了三种引用类。这三种引用类分别为SoftReference、 WeakReference和 PhantomReference.经过使用这些引用类，程序员能够在必定程度与GC进行交互，以便改善GC的工做效率。这些引用类的引用强度介于可达对象和不可达对象之间。

　　建立一个引用对象也很是容易，例如若是你须要建立一个Soft Reference对象，那么首先建立一个对象，并采用普通引用方式（可达对象）；而后再建立一个SoftReference引用该对象；最后将普通引用设置为null.经过这种方式，这个对象就只有一个Soft Reference引用。同时，咱们称这个对象为Soft Reference 对象。

　　Soft Reference的主要特色是据有较强的引用功能。只有当内存不够的时候，才进行回收这类内存，所以在内存足够的时候，它们一般不被回收。另外，这些引用对象还能保证在Java抛出OutOfMemory 异常以前，被设置为null.它能够用于实现一些经常使用图片的缓存，实现Cache的功能，保证最大限度的使用内存而不引发OutOfMemory.如下给出这种引用类型的使用伪代码；

　　//申请一个图像对象

　　Image image=new Image();//建立Image对象

　　…

　　//使用 image

　　…

　　//使用完了image，将它设置为soft 引用类型，而且释放强引用；

　　SoftReference sr=new SoftReference(image);

　　image=null;

　　…

　　//下次使用时

　　if (sr!=null) image=sr.get();

　　else{

　　//因为GC因为低内存，已释放image，所以须要从新装载；

　　image=new Image();

　　sr=new SoftReference(image);

　　}

　　Weak 引用对象与Soft引用对象的最大不一样就在于：GC在进行回收时，须要经过算法检查是否回收Soft引用对象，而对于Weak引用对象，GC老是进行回收。Weak引用对象更容易、更快被GC回收。虽然，GC在运行时必定回收Weak对象，可是复杂关系的Weak对象群经常须要好几回 GC的运行才能完成。Weak引用对象经常用于Map结构中，引用数据量较大的对象，一旦该对象的强引用为null时，GC可以快速地回收该对象空间。

　　Phantom 引用的用途较少，主要用于辅助finalize函数的使用。Phantom对象指一些对象，它们执行完了finalize函数，并为不可达对象，可是它们尚未被GC回收。这种对象能够辅助finalize进行一些后期的回收工做，咱们经过覆盖Reference的clear（）方法，加强资源回收机制的灵活性。

　　一些Java编程的建议

　　根据GC的工做原理，咱们能够经过一些技巧和方式，让GC运行更加有效率，更加符合应用程序的要求。一些关于程序设计的几点建议：

　　1.最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候，都是让引用变量在退出活动域（scope）后，自动设置为 null.咱们在使用这种方式时候，必须特别注意一些复杂的对象图，例如数组，队列，树，图等，这些对象之间有相互引用关系较为复杂。对于这类对象，GC 回收它们通常效率较低。若是程序容许，尽早将不用的引用对象赋为null.这样能够加速GC的工做。

　　2.尽可能少用finalize函数。finalize函数是Java提供给程序员一个释放对象或资源的机会。可是，它会加大GC的工做量，所以尽可能少采用finalize方式回收资源。

　　3.若是须要使用常用的图片，可使用soft应用类型。它能够尽量将图片保存在内存中，供程序调用，而不引发OutOfMemory.

　　4.注意集合数据类型，包括数组，树，图，链表等数据结构，这些数据结构对GC来讲，回收更为复杂。另外，注意一些全局的变量，以及一些静态变量。这些变量每每容易引发悬挂对象（dangling reference），形成内存浪费。

　　5.当程序有必定的等待时间，程序员能够手动执行System.gc（），通知GC运行，可是Java语言规范并不保证GC必定会执行。使用增量式GC能够缩短Java程序的暂停时间。