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Java程序中提高垃圾收集效率的方法

2008-12-29
作者:吳良巧

1 引言
??? 垃圾收集(Garbage Collection)是JAVA程序員在程序開發(fā)" title="程序開發(fā)">程序開發(fā)中感到最方便的一個特性,,使程序員擺脫了內存管理的困擾,。盡管JVM的垃圾收集器" title="收集器">收集器,已經在結構和算法上作了相當大的改進,,但在實際的應用中,,尤其在大型的應用軟件" title="應用軟件">應用軟件中,,還是會碰到一些實際問題。一個比較普遍的問題是,,一些已經沒有用處的對象所占的內存似乎難以釋放,,在操作過程中,內存持續(xù)階梯式上升,,經常在某個時候出現(xiàn)明顯的停頓,,在感覺這次操作特別慢,這是由于發(fā)生了一次完全的垃圾收集的結果,。導致垃圾收集效率的下降,,甚至發(fā)生內存泄漏的原因是多方面的" title="面的">面的,但由于存在不恰當的對象引用以及復雜的對象引用關系,,是發(fā)生這個問題的一個重要的因素,,同樣處理好對象引用關系也是解決這個問題的關鍵。

2?對象引用分析
??? 在JAVA程序中,被靜態(tài)(Static)變量和全局(Global)變量直接或間接引用的對象不能被垃圾收集器收集,。假如一個對象被一個靜態(tài)變量引用,,即使該對象已經沒有用處了,但不能作為垃圾被收集,,不僅如此,,該對象直接和間接引用的所有對象都不能被收集。
??? 除了上述情況,,在理論上,,不被靜態(tài)變量和全局變量直接或間接引用其他的所有對象,即使它們之間存在著相互引用關系,,也可以被垃圾收集器收集,。但是,不管垃圾收集器如何工作,,對象是否被靜態(tài)變量和全局變量直接或間接引用,,對象引用關系越復雜,就需要花費更多的時間來處理,。因此,,由于垃圾收集器結構和算法上的局限,對于一些引用關系復雜的對象,,需要經過多次或完全的垃圾收集才可以收集,,導致垃圾收集器消耗額外的資源,影響垃圾收集的效率,;對于引用關系特別復雜的對象,,垃圾收集器可能就根本沒有足夠的時間來處理,容易造成內存的泄漏,。
??? 為了說明對象的引用關系,,下面以對話框" title="對話框">對話框及其組件為例說明。TestDialog從JDialog繼承,,對話框中放置一個JButton按鈕,,按鈕添加了一個動作監(jiān)聽器(ActionListener)。
??? 以下是類的部分代碼:

??? 圖1為對話框和按鈕相關的主要對象的引用關系圖,。這里方框表示對象實例(Instance)的類或類型,,其中TestDialog$1為TestDialog的匿名內部類,就是添加到按鈕的ActionListener監(jiān)聽器對象所對應的類,;連接線表示對象引用關系,,其中箭頭指向的對象被另一個對象直接引用,連接線旁的文字表示引用著被引用對象的屬性(變量),,如TestDialog對象直接引用了JButton對象,,JButton對象的引用保存在TestDialog的屬性testButton中;Object數組把對象的引用作為元素存放。
??? 從對象引用關系圖中可以看出,,一個對象對另外一個對象的引用可能是直接的,,也可以通過其他對象的引用發(fā)生間接引用。在TestDialog對象和JRootPane對象的引用關系中,,通過屬性rootPane直接引用了JRootPane對象,;屬性component引用一個Object數組對象,而JRootPane對象又是Object數組的一個元素,,因而TestDialog對象又同時間接地引用了JRootPane對象,。
在圖1中,還可以看到一個普遍的現(xiàn)象,,對象之間經常存在著相互引用關系,,而且有時候存在多條的引用的路徑,如TestDialog對象與JButton對象之間的相互引用,。首先TestDialog對象中的testButton屬性直接引用了JButton對象,,同時,通過容器和組件的關系,,通過JRootPane,、JPanel等又存在間接的引用;JButton對象反過來又引用TestDialog對象,,即通過屬性parent對容器對象有引用,,對話框是對話框內組件的頂層容器,,JButton對象通過容器和組件的關系實現(xiàn)對TestDialog對象的引用,;另外,JButton對象通過監(jiān)聽器列表對TestDialog$1內部類的對象實例有引用,,而匿名內部類對外部的類(即TestDialog)的對象實例有缺省的引用,。
??? 單從圖1看,這些對象的引用關系看起來還不太復雜,,實際上,,很多對象本身的引用關
系已經非常復雜,尤其是Swing組件,,這些組件內部的對象引用比較多,。以 JButton 為例,為了清晰起見,,圖2的對象引用關系圖只畫出了與? 數據模型(Model) 的引用關系,。

??? 除了與DefaultButtonModel 對象 的相互引用外,通過 JButton 的屬性 layoutMgr與OverlayLayout的屬性target,,JButton和OverlayLayout的對象也形成相互引用,;JButton對象還通過以下引用路徑,最后又引用回到本身對象,其中前面表示為類,,括號內是該類或父類中的屬性:
JButton (ActionMap actionMap)
-> ActionMap (ActionMap? parent)
-> ActionMapUIResource (AbstractAction$ArrayTable? arrayTable)
-> AbstractAction$ArrayTable (Object? table)
-> Object[] ()
-> BasicButtonListener$PressedAction (AbstractButton? b)
-> JButton,;
??? JButton與其他對象的引用路徑在這里不一一列舉。
??? 在這個例子中,,一些組件對象已經存在比較復雜的引用關系,,在通過與另一些對象又形成相互引用,組成了更加復雜的對象引用關系,。在關閉對話框時,,如果不作特別的操作,這些對象的引用關系將保持不變,,對垃圾收集的效率產生有很大的影響,。
??? 在存在引用關系的所有對象中,假如某個對象仍然是有用的,,或者不恰當的被靜態(tài)變量和全局變量直接或間接引用,,導致有引用關系的所有應該成為垃圾的對象都無法被收集,造成一定的內存泄漏,。


3?解決方法
??? 為了提高垃圾收集的效率,,必須要簡化對象的引用關系,并及時清除靜態(tài)變量的引用以避免內存泄漏,,具體可以通過以下幾個方面來完成,。

3.1?清除直接對象引用

????當一個對象不再被使用時,應該及時清除引用該對象的所有靜態(tài)變量,;同時,,清除該對象中類型為對象的屬性,若有必要,,則還應該調用該屬性引用的對象的某個方法來清除內存或釋放資源,。如在對話框的例子中,當對話框關閉時,,應該清除屬性testButton的引用,,這時可以簡單的使用賦值語句:
??? testButton = null;
??? 可以使對象的引用關系變得簡單些,。

3.2?調用對象的特定方法

??? 當一個對象不再被使用時,,如果對象提供了用來清除引用或釋放資源的方法,應該調用這些方法,,但注意調用的時機或順序,,避免引起異常現(xiàn)象,。這些方法包括對話框的dispose方法,,容器組件的remove方法,,Swing組件的UI的uninstall方法,移除監(jiān)聽器方法等,,也可以是某個類的本身定義的清除引用方法,。
??? 在對話框的例子中,對話框的dispose方法主要釋放一些與本地有關的資源,,若不調用,,將不能清除對話框的一個全局引用,造成內存泄漏,;容器的remove方法,,該方法主要清除了容器的變量componet對數組的引用以及數組對子組件對象的引用,同時也清除了子組件對象中 的變量parent對容器對象的引用,,若清除容器中的所有組件,,則可簡單的調用removeAll方法清除;在JButton中,,可以調用setMode(null)來設置Model,,不僅清除了JButton對象中的model和changeListener對象引用,而且同時清除了DefaultButtonModel對 AbstractButton$ButtonChangeListener 監(jiān)聽器對象的間接引用,。 如果調用了上述的這些方法,,在對話框例子中,許多的對象引用被清除,,極大地簡化了各個對象之間的引用關系,。

3.3?慎重使用內部類

??? 非靜態(tài)內部類(包含一般的匿名內部類)中,隱含著外部的類的對象實例的一個引用,,這個引用無法清除,。在對話框的例子中,匿名內部類實際包含這樣的一個屬性(變量):
??? private final test.TestDialog this$0;
??? 這個屬性在內部類中就是源代碼中使用的TestDialog.this,。由于該屬性是final修飾,,所有不允許再次賦值,,即不可以清除,。同樣,由于沒有使用變量來保存該監(jiān)聽器對象的引用,,因此無法簡單地使用JButton的removeActionListener方法移除加在按鈕上的監(jiān)聽器,。為了清除上述的引用關系,可以把匿名內部類該寫為一個靜態(tài)內部類,,把對話框的實例作為該內部類的構造器的參數顯式地傳入,,同時在對話框中保存該內部類的對象引用。在清除引用時,,既可以移除監(jiān)聽器,,也可以通過監(jiān)聽器變量清除內部類的對話框引用,。原來的對話框部分代碼可以改為以下代碼,這時應該使用dialog變量,,而不是??? TestDialog.this:
??

4?結束語
??? 通過各種方法清除對象的引用,,簡化了相關對象的引用關系,使得應該成為垃圾的對象及時被收集而釋放內存,,從而減少程序對操作系統(tǒng)的內存需求,。在大型應用軟件“永中Office”的實際應用過程中,在處理對象引用關系復雜的情況時,,采用簡化對象引用關系的方法,,垃圾收集的問題已經取得明顯的效果。


參考文獻
?
1 [ISBN7-111-09635-5/TP-2242] Joshua Bloch 著.

2 Java 高效編程指南.北京:機械工業(yè)出版社,,2002:3-12 .

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