0基础学习Java ——第五段 ---初始化与清理（中）

回忆一遥远

初始化与清理

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“不安全”的编程方式已逐渐成为编程代价高昂的主因之一。
初始化和清理（cleanup）正是涉及安全方面的两个问题。


清理——终结处理和垃圾回收

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Java 垃圾回收器负责回收无用对象的内存空间
但当你的对象不使用 new ，获得了一块“特殊”的内存区域时，由于垃圾回收器只知道释放那些由 new 分配的内存，因此垃圾回收器无法释放这块“特殊”内存。

为了能够顺利完成内存的回收工作，Java 允许在类中定义 finalize() 的方法。
它的使用条件是：当垃圾回收器准备好释放对象占用的存储空间时，会首先调用 finalize() 方法，并在下次垃圾回收动作发生时回收对象占用的内存

finalize() 和 C++ 中的析构函数的区别
        ▢ Java 中，对象可能不被垃圾回收
        ▢ 垃圾回收和虚构不同
finalize() 用途？
        ▢ 垃圾回收只与内存有关
使用垃圾回收器的唯一原因是为了回收不再使用内存。因此 finalize() 方法也必须同内存及其回收有关。

使用 finalize() 主要时在使用“本地方法”的情况下
本地方法是一种在 Java 中调用非 Java 代码的方式。
（本地方法目前只支持 C 和 C++，但它们可以调用其它语言的代码，因此实际上可以调用任何代码。）
在非 Java 代码中，如果用 C 的 malloc 或 C++ 的 new 开辟空间，为了能释放这些内存，需要在 finalize() 中分别调用 free() ，delete() 函数。

无论是“垃圾回收”还是“终结”，都不保证一定会发生。
如果 Java 虚拟机（JVM）并未面临内存耗尽的情形，它是不会浪费时间去执行垃圾回收以恢复内存的。


虽然 Java 没有析构函数的原因是存在垃圾回收器，然而垃圾回收器的存在并不能完全替代析构函数。

终结条件
通常不能指望 finalize() 进行清理工作，必须创建其他的“清理”办法，并明确调用它们。
finalize() 可以对对象终结条件验证

当对某个对象不再感兴趣——也就是它可以被清理了，这个对象应该处干某种状态，使它占用的内存可以被安全地释放。
例如，要是对象代表了一个打开的文件，在对象被回收前程序员应该关闭这个文件。只要对象中存在没有被适当清理的部分，程序就存在很隐晦的缺陷。
finalize() 可以用来最终发现这种愔况——尽管它并不总是会被调用。如果某次 finalize() 的动作使得缺陷被发现，那么就可据此找出问题所在一这才是人们真正关心的。

下面的例子介绍了 finalize() 的可能使用方式：

class Book{
        boolean checkedOut = false;
        Book(boolean checkOut){
                checkedOut = checkOut;
        }
        
        void checkIn() {
                checkedOut = false;
        }
        
        protected void finalize() {
                if(checkedOut)
                        System.out.println("Error: checked out");
                //super.finalize();
        }
        
}

public class Termin {

        public static void main(String[] args) {
                Book novel = new Book(true);
                novel.checkIn();
                new Book(true);
                System.gc();
                // 提示垃圾回收器进行内存的回收
        }
}

输出：

Error: checked out

上面例子的终结条件：所有 Book 对象在当作垃圾回收前都应该被 check in ，但是实际上有一本书未被 check in。
如果没有 finalize() 验证终结条件，将很难发现这种缺陷。
System.gc() 用于强制进行终结动作。

垃圾回收器的工作方式

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Java 从堆分配空间的速度，可以和其他语言从堆栈上分配空间的速度相媲美。

打个比方，你可以把 C++ 里的堆想像成一个院子，里面每个对象都负责管理自己的地盘。 一段时间以后，对象可能被销毁，但地盘必须加以重用。在某些Java虚拟机中，堆的实现截然不同：它更像一个传送带，每分配一个新对象，它就往前移动一格。这意味着对象存储空间的分配速度非常快。

Java 的“堆指针”只是简单地移动到尚未分配的区域，效率比得上 C++ 在堆栈上分配空间的效率。（虽然实际上还会有少量额外的开销，但比不上查找可用空间开销大。）

Java 中的堆未必完全像传送带那样工作，否则势必会导致频繁的内存页面调度——将其移进移出硬盘，因此会显得需要比实际多的内存，并且页面调度会显著地影响性能。
由于垃圾回收器的介入，当它工作时，一面回收空间，一面使堆中的对象紧凑排列，使得“堆指针”容易移动到更靠近传送带的开始处，也就尽量避免了页面错误。
通过垃圾回收器对对象重新排列，实现了一种高速、有无限空间可供分配的堆模型。


一些垃圾回收机制

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引用计数

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一种简单但速度很慢的垃圾回收技术
每个对象都有一个引用计数器，当有引用连接至对象时，引用计数加1，当引用离开作用域或被置 null 时，引用计数减1。
它会在整个程序生命周期中持续发生。
垃圾回收器会在含有全部对象的列表上遍历，当发现某个对象的引用次数为0时，就释放占用的空间。
这种方法有个缺陷，如果对象之间存在循环引用，可能会出现“对象应该被回收，但引用计数却不为零”的惜况。对垃圾回收器而言，定位这样的交互自引用的对象组所需的工作量极大。

在一些更快的模式中，垃圾回收器并非基于引用记数技术。它们依据的思想是：对任何 “活”的对象，一定能最终追溯到其存活在堆栈或静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。由此，如果从堆栈和静态存储区开始，遍历所有的引用，就能找到所有 “活”的对象。对干发现的每个引用，必须追踪它所引用的对象，然后是此对象包含的所有引用, 如此反复进行，直到“根源于堆栈和静态存储区的引用”所形成的网络全部被访问为止。你所 访问过的对象必须都是“活”的。注意，这就解决了“交互自引用的对象组”的问题——这种 现象根本不会被发现，因此也就被自动回收了。

停止-复制（stop-and-copy)

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先暂停程序的运行，然后将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆，没有被复制的全部都是垃圾。当对象被复制到新堆时，它们是一个挨若一个的，所以新堆保持紧凑排列，然后就可以按前述方法简单、直接地分配新空间了。
当把对象从一处搬到另一处时，所有指向它的那些引用都必须修正。

对于这种所谓的“复制式回收器”而言，效率会降低，这有两个原因。

首先，得有两个堆，然后得在这两个分离的堆之间来回捣腾，从而得维护比实际需要多一倍的空间。某些Java虚拟机对此问题的处理方式是，按需从堆中分配几块较大的内存，复制动作发生在这些大块内存之间。
第二个问题在于复制。程序进入稳定状态之后，可能只会产生少量垃圾，甚至没有垃圾。
尽管如此，复制式回收器仍然会将所有内存自一处复制到另一处，这很浪费。为了避免这种情 形，一些Java虚拟机会进行检査：要是没有新垃圾产生，就会转换到另一种工作模式（即“自 适应”）。这种模式称为标记-清扫（mark-and-sweep)，Sun公司早期版本的Java虚拟机使用了这 种技术。对一般用途而言，“标记-清扫”方式速度相当慢，但是当你知道只会产生少量垃圾甚 至不会产生垃圾时，它的速度就很快了。

标记-清扫（mark-and-sweep)
从堆栈和静态存储区出发，遍历所有的引用并找出所有存活的对象。每当它找到一个存活对象，就会给对象设一个标记，这个过程中不会回收任何对象。只有全部标记工作完成的时候，淸理动作才会开始。
在清理过程中，没有标记的对象将被释放，不会发生任何复制动作。所以剩下的堆空间是不连续的，垃圾回收器要得到连续空间的话，就得重新整理剩下的对象。
它必须也要在程序暂停的时候才能运行。

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Java 虚拟机中，内存分配以较大的“块”为单位。如果对象较大，它会占用单独的块。
每个块都用相应的代数（generation count)来记录它是否还存活。
“自适应”技术：
Java 虚拟机会进行监视，如果所有对象都很稳定，垃圾回收器的效率降低的话，就切换到“标记-清扫”方式；
同样，Java虚拟机会跟踪“标记-清扫”的效果，要是堆空间出现很多碎片，就会切换回“停止-复制”方式。

Java 虚拟机中有许多附加技术用以提升速度。尤其是与加载器操作有关的，被称为“即时” (Just-In-Time, JIT)编译器的技术。这种技术可以把程序全部或部分翻译成本地机器码（这本来是Java虚拟机的工作），程序运行速度因此得以提升。当需要装载某个类（通常是在为该 类创建第一个对象）时，编译器会先找到其 .class 文件，然后将该类的字节码装入内存。
此时，有两种方案可供选择。一种是就让即时编译器编译所有代码。但这种做法有两个缺陷：这种加载动作散落在整个程序生命周期内，累加起来要花更多时间，并且会增加可执行代码的长度（字节码要比即时编译器展开后的本地机器码小很多），这将导致页面调度，从而降低程序速度。另一种做法称为惰性评估（lazy evaluation)，意思是即时编译器只在必要的时候才编译代码。这样，从不会被执行的代码也许就压根不会被 JIT 所编译。新版 JDK中的Java HotSpot 技术就采用了类似方法，代码每次被执行的时候都会做一些优化，所以执行的次数越多，它的速度就越快。