附录E 关于垃圾收集的一些话

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1、附录E关于垃圾收集的一些话“很难相信Java居然能和C++一样快，甚至还能更快一些。”据我自己的实践，这种说法确实成立。然而，我也发现许多关于速度的怀疑都来自一些早期的实现方式。由于这些方式并非特别有效，所以没有一个模型可供参考，不能解释Java速度快的原因。我之所以想到速度，部分原因是由于C++模型。C++将自己的主要精力放在编译期间“静态”发生的所有事情上，所以程序的运行期版本非常短小和快速。C++也直接建立在C模型的基础上（主要为了向后兼容），但有时仅仅由于它在C中能按特定的方式工作，所以也是C++中最方便的一种方法。最重要的一种情况是C和C++对内存的管理方式，它

2、是某些人觉得Java速度肯定慢的重要依据：在Java中，所有对象都必须在内存“堆”里创建。而在C++中，对象是在堆栈中创建的。这样可达到更快的速度，因为当我们进入一个特定的作用域时，堆栈指针会向下移动一个单位，为那个作用域内创建的、以堆栈为基础的所有对象分配存储空间。而当我们离开作用域的时候（调用完毕所有局部构建器后），堆栈指针会向上移动一个单位。然而，在C++里创建“内存堆”（Heap）对象通常会慢得多，因为它建立在C的内存堆基础上。这种内存堆实际是一个大的内存池，要求必须进行再循环（再生）。在C++里调用delete以后，释放的内存会在堆里留下一个洞，所以再调用new

3、的时候，存储分配机制必须进行某种形式的搜索，使对象的存储与堆内任何现成的洞相配，否则就会很快用光堆的存储空间。之所以内存堆的分配会在C++里对性能造成如此重大的性能影响，对可用内存的搜索正是一个重要的原因。所以创建基于堆栈的对象要快得多。同样地，由于C++如此多的工作都在编译期间进行，所以必须考虑这方面的因素。但在Java的某些地方，事情的发生却要显得“动态”得多，它会改变模型。创建对象的时候，垃圾收集器的使用对于提高对象创建的速度产生了显著的影响。从表面上看，这种说法似乎有些奇怪——存储空间的释放会对存储空间的分配造成影响，但它正是JVM采取的重要手段之一，这意味着在J

4、ava中为堆对象分配存储空间几乎能达到与C++中在堆栈里创建存储空间一样快的速度。可将C++的堆（以及更慢的Java堆）想象成一个庭院，每个对象都拥有自己的一块地皮。在以后的某个时间，这种“不动产”会被抛弃，而且必须再生。但在某些JVM里，Java堆的工作方式却是颇有不同的。它更象一条传送带：每次分配了一个新对象后，都会朝前移动。这意味着对象存储空间的分配可以达到非常快的速度。“堆指针”简单地向前移至处女地，所以它与C++的堆栈分配方式几乎是完全相同的（当然，在数据记录上会多花一些开销，但要比搜索存储空间快多了）。现在，大家可能注意到了堆事实并非一条传送带。如按那种方式对

5、待它，最终就要求进行大量的页交换（这对性能的发挥会产生巨大干扰），这样终究会用光内存，出现内存分页错误。所以这儿必须采取一个技巧，那就是著名的“垃圾收集器”。它在收集“垃圾”的同时，也负责压缩堆里的所有对象，将“堆指针”移至尽可能靠近传送带开头的地方，远离发生（内存）分页错误的地点。垃圾收集器会重新安排所有东西，使其成为一个高速、无限自由的堆模型，同时游刃有余地分配存储空间。为真正掌握它的工作原理，我们首先需要理解不同垃圾收集器（GC）采取的工作方案。一种简单、但速度较慢的GC技术是引用计数。这意味着每个对象都包含了一个引用计数器。每当一个句柄同一个对象连接起来时，引用计

6、数器就会增值。每当一个句柄超出自己的作用域，或者设为null时，引用计数就会减值。这样一来，只要程序处于运行状态，就需要连续进行引用计数管理——尽管这种管理本身的开销比较少。垃圾收集器会在整个对象列表中移动巡视，一旦它发现其中一个引用计数成为0，就释放它占据的存储空间。但这样做也有一个缺点：若对象相互之间进行循环引用，那么即使引用计数不是0，仍有可能属于应收掉的“垃圾”。为了找出这种自引用的组，要求垃圾收集器进行大量额外的工作。引用计数属于垃圾收集的一种类型，但它看起来并不适合在所有JVM方案中采用。在速度更快的方案里，垃圾收集并不建立在引用计数的基础上。相反，它们基于这

7、样一个原理：所有非死锁的对象最终都肯定能回溯至一个句柄，该句柄要么存在于堆栈中，要么存在于静态存储空间。这个回溯链可能经历了几层对象。所以，如果从堆栈和静态存储区域开始，并经历所有句柄，就能找出所有活动的对象。对于自己找到的每个句柄，都必须跟踪到它指向的那个对象，然后跟随那个对象中的所有句柄，“跟踪追击”到它们指向的对象……等等，直到遍历了从堆栈或静态存储区域中的句柄发起的整个链接网路为止。中途移经的每个对象都必须仍处于活动状态。注意对于那些特殊的自引用组，并不会出现前述的问题。由于它们根本找不到，所以会自动当作垃圾处理。在这