摘? 要: 針對復雜的對象引用關系影響垃圾收集效率的問題,分析了對象之間存在的引用關系,提出了簡化對象引用關系的解決方法。
關鍵詞: 垃圾收集? 對象引用? Java語言
?
垃圾收集(Garbage Collection)是Java程序員在程序開發中感到最方便的一個特性,它使程序員擺脫了內存管理的困擾。盡管JVM的垃圾收集器已經在結構和算法上作了相當大的改進,但在實際應用中,尤其在大型的應用軟件中,還是會碰到一些實際問題。一個比較普遍的問題是,一些已經沒用的對象所占的內存難以釋放。在操作過程中,內存持續階梯式上升,經常在某個時候出現明顯的停頓,并感覺這次操作特別慢,這是由于發生了一次完全的垃圾收集的結果。導致垃圾收集效率下降、甚至發生內存泄漏的原因是多方面的。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生這個問題的重要因素,同樣處理好對象引用關系也是解決這個問題的關鍵。
1? 對象引用分析
在Java程序中,被靜態(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變量引用,即使該對象已經沒有用處了,也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,理論上不可被靜態變量和全局變量直接或間接引用其他所有對象,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、對象是否被靜態變量和全局變量直接或間接引用,對象引用關系越復雜,處理時花費的時間就越多。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。這將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,垃圾收集器可能根本沒有足夠的時間來處理,從而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。圖中方框表示對象實例(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了被引用對象的屬性(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。
?
從圖1可以看出:一個對象對另外一個對象的引用可以是直接的,也可以通過其他對象的引用發生間接引用。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。
從圖1中還可以看到一個普遍的現象,即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,使得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對容器對象進行引用,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對TestDialog對象的引用。另外,JButton對象通過監聽器列表對TestDialog＄1內部類的對象實例進行引用,而匿名內部類對外部類(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似乎不太復雜,但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。圖2是以JButton為例的對象引用關系圖。為了清晰,圖中只給出了與數據模型(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。
在這個示例中,一些組件對象已經存在比較復雜的引用關系,通過與另一些對象形成的相互引用,又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,從而對垃圾收集的效率產生很大的影響。
在存在引用關系的所有對象中,假如某個對象仍然有用或者不恰當地被靜態變量和全局變量直接或間接引用,將導致有引用關系的所有應該成為垃圾的對象無法被收集,從而造成一定的內存泄漏。
2?解決方法
為了提高垃圾收集的效率,必須簡化對象的引用關系,并及時清除靜態變量的引用以避免內存泄漏。具體方法可以通過以下幾個方面來實現。
2.1 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,這時可以簡單地使用賦值語句“testButton=null;”,從而使對象的引用關系變得簡單。
2.2 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,則應該調用這些方法,但要注意調用的時機或順序,避免引起異常現象。這些方法包括對話框的Dispose方法、容器組件的Remove方法、Swing組件UI的Uninstall方法、移除監聽器方法等,也可以是某個類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,則可簡單地調用RemoveAll方法清除。在JButton中,可以調用SetMode(null)來設置Model。這樣,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監聽器對象的間接引用。如果調用了上述的這些方法,則在對話框例子中,許多對象引用被清除,可以極大地簡化各個對象之間的引用關系。
2.3 慎重使用內部類
非靜態內部類(包含一般的匿名內部類)中,隱含著外部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 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,所以不允許再次賦值,不可以清除。同樣,由于沒有使用變量來保存該監聽器對象的引用,因此無法簡單地使用JButton的RemoveActionListener方法移除加在按鈕上的監聽器。為了清除上述的引用關系,可以把匿名內部類改寫為一個靜態內部類,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,既可以移除監聽器,也可以通過監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:
3? 結束語
通過各種方法清除對象的引用,可以簡化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以釋放內存,從而減少程序對操作系統的內存需求。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,采用了簡化對象引用關系的方法,使垃圾收集效率得到明顯的提高。
?
參考文獻
1 Bloch J.Java高效編程指南.北京:機械工業出版社,2002