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高性能JAVA开发之内存管理

发表于: 2012-08-13   作者:cosmo1987   来源:转载   浏览:
摘要: 这几天在找一个程序的bug,主要是java虚拟机内存溢出的问题,调研了一些java内存管理的资料,现整理如下: 一、JVM中的对象生命周期 对象的生命周期一般分为7个阶段:创建阶段,应用阶段,不可视阶段,不可到达阶段,可收集阶段,终结阶段,释放阶段。 创建阶段,首先大家看一下,如下两段代码: test1: for( int i=0; i<10000; i++)
这几天在找一个程序的bug,主要是java虚拟机内存溢出的问题,调研了一些java内存管理的资料,现整理如下:

一、JVM中的对象生命周期

对象的生命周期一般分为7个阶段:创建阶段,应用阶段,不可视阶段,不可到达阶段,可收集阶段,终结阶段,释放阶段。

创建阶段,首先大家看一下,如下两段代码:

test1:

for( int i=0; i<10000; i++)

Object obj=new Object();

test2:

Object obj=null;

for( int i=0; i<10000; i++)

obj=new Object();

这两段代码都是相同的功能,但是显然test2的性能要比test1性能要好,内存使用率要高,这是为什么呢?原因很简单,test1每次执行for循环都要创建一个Object的临时对象,但是这些临时对象由于JVM的GC不能马上销毁,所以他们还要存在很长时间,而test2则只是在内存中保存一份对象的引用,而不必创建大量新临时变量.从而降低了内存的使用.

另外不要对同一个对象初始化多次.例如:

public class A{

private Hashtable table = new Hashtable();

public A(){

table = new Hashtable(); // 这里应该去掉,因为table已经被初始化.

}

来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_5cdbcf3e0100c72w.html) - 高性能JAVA开发之内存管理(一)_Kevin_新浪博客
}

这样就new了两个Hashtable,但是却只使用了一个.另外一个则没有被引用.而被忽略掉.浪费了内存.并且由于进行了两次new操作.也影响了代码的执行速度。

应用阶段:即该对象至少有一个引用在维护他。

不可视阶段:即超出该变量的作用域.这里有一个很好的做法,因为JVM在GC的时候并不是马上进行回收,而是要判断对象是否被其他引用在维护.所以,这个时候如果我们在使用完一个对象以后对其obj=null或者obj.doSomething()操作,将其标记为空,可以帮助JVM及时发现这个垃圾对象。

不可到达阶段:就是在JVM中找不到对该对象的直接或者间接的引用。

可收集阶段,终结阶段,释放阶段:此为回收器发现该对象不可到达,finalize方法已经被执行,或者对象空间已被重用的时候。

二、java内存管理特点

Java一个最大的优点就是取消了指针,由垃圾收集器来自动管理内存的回收。程序员不需要通过调用函数来释放内存。

(1)Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。

在Java中,内存的分配是由程序完成的,而内存的释放是有GC完成的,这种收支两条线的方法简化了程序员的工作。但也加重了JVM的工作。这也是Java程序运行速度较慢的原因之一。

在Java中,程序员需要通过关键字new为每个对象申请内存空间 (基本类型除外),所有的对象都在堆 (Heap)中分配空间,对象的释放是由GC决定和执行的。

GC释放空间方法:监控每一个对象的运行状态,包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。当该对象不再被引用时,释放对象,但程序中对GC的操作并不一定能达到管理内存的效果,GC对于程序员来说基本是透明的,不可见的。我们只有几个函数可以访问GC,例如运行GC的函数System.gc()。但是根据Java语言规范定义,System.gc()函数不保证JVM的垃圾收集器一定会执行。因为,不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC。通常,GC的线程的优先级别较低,而且强制内存回收对于系统自动的内存回收机制会产生负面影响,会加大系统自动回收的处理时间,所以应该尽量避免显式使用System.gc(),

JVM调用GC的策略有很多种,有的是内存使用到达一定程度时,GC才开始工作,也有定时执行的,有的是平缓执行GC,有的是中断式执行GC。但通常来说,我们不需要关心这些。除非在一些特定的场合,GC的执行影响应用程序的性能,例如对于基于Web的实时系统,如网络游戏等,用户不希望GC突然中断应用程序执行而进行垃圾回收,那么我们需要调整GC的参数,让GC能够通过平缓的方式释放内存,例如将垃圾回收分解为一系列的小步骤执行,Sun提供的HotSpot JVM就支持这一特性。

(2)内存管理结构

Java使用有向图的方式进行内存管理,对于程序运行的每一个时刻,我们都有一个有向图表示JVM的内存分配情况。

将对象考虑为有向图的顶点,将引用关系考虑为图的有向边,有向边从引用者指向被引对象。另外,每个线程对象可以作为一个图的起始顶点,例如大多程序从main进程开始执行,那么该图就是以main进程顶点开始的一棵根树。在这个有向图中,根顶点可达的对象都是有效对象,GC将不回收这些对象。如果某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意,该图为有向图),那么我们认为这个(这些)对象不再被引用,可以被GC回收。

(3)使用有向图方式管理内存的优缺点

Java使用有向图的方式进行内存管理,可以消除引用循环的问题,例如有三个对象,相互引用,只要它们和根进程不可达的,那么GC也是可以回收它们的。这种方式的优点是管理内存的精度很高,但是效率较低。另外一种常用的内存管理技术是使用计数器,例如COM模型采用计数器方式管理构件,它与有向图相比,精度行低(很难处理循环引用的问题),但执行效率很高。

三、Java的内存泄露

Java虽然由GC来回收内存,但也是存在泄露问题的,只是比C++小一点。

(1)与C++的比较

C++所有对象的分配和回收都需要由用户来管理。即需要管理点,也需要管理边。若存在不可达的点,无法在回收分配给那个点的内存,导致内存泄露。存在无用的对象引用,自然也会导致内存泄露。

Java由GC来管理内存回收,GC将回收不可达的对象占用的内存空间。所以,Java需要考虑的内存泄露问题主要是那些被引用但无用的对象——即指要管理边就可以。被引用但无用的对象,程序引用了该对象,但后续不会再使用它。它占用的内存空间就浪费了,如果存在对象的引用,这个对象就被定义为“活动的”,同时不会被释放。

(2)Java内存泄露处理

处理Java的内存泄露问题:确认该对象不再会被使用,接着典型的做法——把对象数据成员设为null

注意,当局部变量不需要时,不需明显的设为null,因为一个方法执行完毕时,这些引用会自动被清理。

例子:

List myList=new ArrayList();

for (int i=1;i<100; i++)

{

Object o=new Object();

myList.add(o);

o=null;

}

此时,所有的Object对象都没有被释放,因为变量myList引用这些对象。当myList后来不再用到,将之设为null,释放所有它引用的对象。之后GC便会回收这些对象占用的内存。

(3)内存泄露检测

市场上已有几种专业检查Java内存泄漏的工具,它们的基本工作原理大同小异,都是通过监测Java程序运行时,所有对象的申请、释放等动作,将内存管理的所有信息进行统计、分析、可视化。开发人员将根据这些信息判断程序是否有内存泄漏问题。这些工具包括Optimizeit Profiler,JProbe Profiler,JinSight, Rational公司的Purify等。

在运行过程中,我们可以随时观察内存的使用情况,通过这种方式,我们可以很快找到那些长期不被释放,并且不再使用的对象。我们通过检查这些对象的生存周期,确认其是否为内存泄露。

四、java程序设计中有关内存管理的经验

1. 最基本的建议是尽早释放无用对象的引用。如:...

A a = new A();

//应用a对象

a = null; //当使用对象a之后主动将其设置为空

….

注:如果a 是方法的返回值,不要做这样的处理,否则你从该方法中得到的返回值永远为空,而且这种错误不易被发现、排除

2. 尽量少用finalize函数。它会加大GC的工作量。

3. 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来说,回收更为复杂。

4. 尽量避免在类的默认构造器中创建、初始化大量的对象,防止在调用其自类的构造器时造成不必要的内

存资源浪费。由于对象的创建是递归式的,也就是先调用超级类的构造,然后依次向下递归调用构造函数,

来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_5cdbcf3e0100c734.html) - 高性能JAVA开发之内存管理(二)_Kevin_新浪博客
所以应该避免在类的构造函数中初始化变量,这样可以避免不必要的创建对象造成不必要的内存消耗.当

然这里也就看出来接口的优势。

5. 尽量避免强制系统做垃圾内存的回收,增长系统做垃圾回收的最终时间

6. 尽量避免显式申请数组空间

7. 别用new Boolean()

在很多场景中Boolean类型是必须的,比如JDBC中boolean类型的set与get都是通过Boolean封装传递的,大部分ORM也是用Boolean来封装boolean类型的,比如:

ps.setBoolean("isClosed",new Boolean(true));

ps.setBoolean("isClosed",new Boolean(isClosed));

ps.setBoolean("isClosed",new Boolean(i==3));

通常这些系统中构造的Boolean实例的个数是相当多的,所以系统中充满了大量Boolean实例小对象,这是相当消耗内存的。Boolean类实际上只要两个实例就够了,一个true的实例,一个false的实例。

Boolean类提供两了个静态变量:

public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);

public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

需要的时候只要取这两个变量就可以了,

比如:ps.setBoolean("isClosed",Boolean.TRUE);

那么象2、3句那样要根据一个boolean变量来创建一个Boolean怎么办呢?可以使用Boolean提供的静态方法:Boolean.valueOf()

比如:

ps.setBoolean("isClosed",Boolean.valueOf(isClosed));

ps.setBoolean("isClosed",Boolean.valueOf(i==3));

因为valueOf的内部实现是:return (b ? TRUE : FALSE);

所以可以节省大量内存。相信如果Java规范直接把Boolean的构造函数规定成private,就再也不会出现这种情况了。

8. 别用new Integer

和Boolean类似,java开发中使用Integer封装int的场合也非常多,并且通常用int表示的数值通常都非常小。SUN SDK中对Integer的实例化进行了优化,Integer类缓存了-128到127这256个状态的Integer,如果使用Integer.valueOf(int i),传入的int范围正好在此内,就返回静态实例。这样如果我们使用Integer.valueOf代替new Integer的话也将大大降低内存的占用。如果您的系统要在不同的SDK(比如IBM SDK)中使用的话,那么可以自己做了工具类封装一下,比如IntegerUtils.valueOf(),这样就可以在任何SDK中都可以使用这种特性。

9. 不要用StringBuffer代替字符串相加

10. 不要过滥使用哈希表

有一定开发经验的开发人员经常会使用hash表(hash表在JDK中的一个实现就是HashMap)来缓存一些数据,从而提高系统的运行速度。比如使用HashMap缓存一些物料信息、人员信息等基础资料,这在提高系统速度的同时也加大了系统的内存占用,特别是当缓存的资料比较多的时候。其实我们可以使用操作系统中的缓存的概念来解决这个问题,也就是给被缓存的分配一个一定大小的缓存容器,按照一定的算法淘汰不需要继续缓存的对象,这样一方面会因为进行了对象缓存而提高了系统的运行效率,同时由于缓存容器不是无限制扩大,从而也减少了系统的内存占用。现在有很多开源的缓存实现项目,比如ehcache、oscache等,这些项目都实现了FIFO、MRU等常见的缓存算法。

11. 避免过深的类层次结构和过深的方法调用。因为这两者都是非常占用内存的(特别是方法调用更是堆栈空间的消耗大户)。

12. 变量只有在用到它的时候才定义和实例化。

13. 共享静态存储空间

我们都知道静态变量在程序运行期间其内存是共享的,因此有时候为了节约内存工件,将一些变量声明为静态变量确实可以起到节约内存空间的作用。但是由于静态变量生命周期很长,不易被系统回收,所以使用静态变量要合理,不能盲目的使用.以免适得其反。

因此建议在下面情况下使用:变量所包含的对象体积较大,占用内存过多;变量所包含对象生命周期较长;变量所包含数据稳定;该类的对象实例有对该变量所包含的对象的共享需求.(也就是说是否需要作为全局变量)。

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