Java - Сборка мусора

Привет, будущие маги Java! Сегодня мы отправляемся в захватывающее путешествие по миру сборки мусора в Java. Не волнуйтесь, если вы новичок в программировании – я стану вашим дружественным гидом, и мы будем исследовать эту тему шаг за шагом. Так что взяйте свою виртуальную метлу, и давайте почистим немного памяти!

Java - Garbage Collection

Что такое сборка мусора в Java?

Представьте себе, что вы на бесконечной вечеринке (звучит весело, правда?). Когда люди наслаждаются, они оставляют пустые стаканчики и тарелки повсюду. На обычной вечеринке вам пришлось бы убирать все вручную. Но что если бы существовала магическая система уборки, которая автоматически удаляла бы мусор, не задевая вашего внимания? Это в точности то, что делает сборка мусора в Java для ваших программ!

В терминах программирования, сборка мусора (GC) – это автоматическая система управления памятью. Она идентифицирует объекты в программе Java, которые больше не нужны, и удаляет их, освобождая память. Этот процесс происходит в фоновом режиме, позволяя разработчикам сосредоточиться на написании кода, а не на управлении памятью вручную.

Давайте рассмотрим простой пример:

public class GarbageCollectionExample {
public static void main(String[] args) {
// Создаем новый объект
String name = new String("John Doe");

// Переменная 'name' теперь указывает на null
name = null;

// В этот момент оригинальный объект строки "John Doe"
// становится доступным для сборки мусора

// Предлагаем запустить сборку мусора (не гарантируется)
System.gc();
}
}

В этом примере мы создаем объект String "John Doe" и присваиваем его переменной 'name'. Когда мы устанавливаем 'name' в null, оригинальный объект строки становится недоступным. Сборщик мусора в конечном итоге очистит этот объект, освобождая занимаемую им память.

Типы сборщиков мусора

Java предлагает несколько типов сборщиков мусора, каждый из которых имеет свои собственные достоинства. Это как разные типы уборщиков для различных ситуаций. Давайте познакомимся с нашими командами уборщиков:

Серийный сборщик мусора
Параллельный сборщик мусора
Сборщик мусора Concurrent Mark Sweep (CMS)
Сборщик мусора G1

Вот удобная таблица, резюмирующая эти сборщики:

Сборщик мусора	Лучше всего для	Ключевая особенность
Серийный GC	Однопоточных сред, маленькие наборы данных	Простой и эффективный для маленьких приложений
Параллельный GC	Многопоточных сред, большие наборы данных	Сосредоточен на пропускной способности
CMS GC	Приложений, требующих низких времен паузы	Параллельная операция для минимизации пауз
G1 GC	Большие размеры кучи, предсказуемые времена паузы	Делит кучу на регионы для эффективной сборки

Поколения в сборке мусора

Теперь поговорим о том, как Java организует объекты для сборки мусора. Java использует модель сборки мусора с поколениями, которая основана на наблюдении, что большинство объектов имеют короткую продолжительность жизни.

Куча (где живут объекты) разделена на три поколения:

Молодое поколение
Старое поколение (также называется Пожилым поколением)
Постоянное поколение (заменено Metaspace в Java 8+)

Представьте себе город с тремя районами - Молодоград, Староград и Постоянноград.

Молодое поколение (Молодоград)

Это место, где рождаются новые объекты. Это оживленный, динамичный район с высокой плотностью оборота. Большинство объектов живут и умирают здесь, не переезжая в другие районы.

Молодое поколение далее разделено на три пространства:

Пространство Эдема: Где размещаются новые объекты.
Сохраняемое пространство 0 и Сохраняемое пространство 1: Где перемещаются объекты, выжившие после сборки мусора.

Рассмотрим пример создания объекта в Молодом поколении:

public class YoungGenerationExample {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
// Эти объекты создаются в пространстве Эдема
Object obj = new Object();
}
// Большинство из этих объектов будут собраны в следующем Минор GC
}
}

В этом примере мы создаем 1000 объектов. Эти объекты будут изначально размещены в пространстве Эдема Молодого поколения.

Старое поколение (Староград)

Объекты, которые выживают после нескольких сборок мусора в Молодом поколении, переводятся в Старое поколение. Это как поселение для долгоживущих объектов.

Вот пример объекта, который может оказаться в Старом поколении:

public class OldGenerationExample {
private static final ArrayList<String> longLivedList = new ArrayList<>();

public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
longLivedList.add("Item " + i);
// Этот список, вероятно, будет переведен в Старое поколение
// по мере роста и выживания нескольких циклов GC
}
}
}

В этом случае, longLivedList вероятно будет переведен в Старое поколение по мере роста и выживания нескольких циклов сборки мусора.

Минорная сборка мусора

Минорная GC – это как быстрая уборка Молодограда. Она быстра и происходит часто. Когда Молодое поколение заполняется, запускается Минорная GC для его очистки.

Это что происходит во время Минорной GC:

Все объекты в Эдеме перемещаются в одно из Сохраняемых пространств.
Объекты из текущего Сохраняемого пространства перемещаются в другое Сохраняемое пространство.
Объекты, которые выжили после нескольких Минорных GC, переводятся в Старое поколение.

Полная сборка мусора

Полная GC – это более тщательная уборка, которая охватывает как Молодоград, так и Староград. Она медленнее и реже, чем Минорная GC.

Полная GC запускается при:

Заполнении Старого поколения
Заполнении Metaspace

Вот пример, который может запустить Полную GC:

public class FullGCExample {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
// Непрерывно выделяем память
byte[] b = new byte[1024 * 1024]; // 1MB
list.add(b);
}
}
}

Эта программа непрерывно выделяет память, не освобождая ее. В конечном итоге она заполнит Старое поколение и запустит Полную GC.

Настройка сборщиков мусора

Настройка сборщиков мусора – это как точная настройка вашего графика уборки. Это сложная тема, но вот несколько базовых советов:

Выберите правильный сборщик для вашего приложения
Настройте размер кучи и размеры поколений
Установите соответствующую логирование GC

Вот пример, как установить сборщик мусора и размер кучи при запуске Java приложения:

java -XX:+UseG1GC -Xmx4g -Xms4g MyApplication

Эта команда использует сборщик мусора G1 и устанавливает как максимальный, так и начальный размер кучи в 4GB.

Помните, настройка сборки мусора сильно зависит от вашего конкретного приложения и среды. Это часто является процессом экспериментирования и мониторинга.

Итак, у нас все! Мы сделали беглый обзор сборки мусора в Java. От понимания того, что это такое, до изучения различных типов сборщиков и поколений, до того, как работают Минор и Полная GC, вы теперь обладаете базовыми знаниями этого важного аспекта программирования на Java.

Помните, сборка мусора – это как надежный уборщик, работающий в фоновом режиме ваших Java-программ. Пока он выполняет свою работу, вы можете сосредоточиться на написании потрясающего кода. Счастливого кодирования, и пусть ваша память всегда оставалась чистой и аккуратной!

Credits: Image by storyset

Предыдущий учебник:

Java - Компактное форматирование чисел

Следующий учебник:

Java - JIT-компилятор