Java - 垃圾收集

你好，未來的Java巫師們！今天，我們將踏上一段令人興奮的旅程，進入Java垃圾收集的世界。如果你是编程新手，不用擔心——我將成為你友善的導遊，我們將一步步探索這個主題。所以，拿起你的虛擬掃把，我們來清理一些記憶吧！

Java - Garbage Collection

什麼是Java垃圾收集？

想象一下你在一個永不結束的派對上（聽起來很棒，對吧？）。當人們玩得開心時，他們在各處留下空杯子和平底碗。在一般的派對上，你必須手動清理。但是，如果有一個神奇的清理系統可以在你甚至沒有注意到的情况下自動清除垃圾呢？這基本上就是Java垃圾收集為你的程序所做的！

在编程術語中，垃圾收集（GC）是一個自動的記憶體管理系統。它識別出Java程序中不再需要的對象，並將它們移除以釋放記憶體。這個過程在背景中發生，允許開發人員專注於编写代碼，而不是手動管理記憶體。

讓我們看一下一個簡單的例子：

public class GarbageCollectionExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個新的對象
String name = new String("John Doe");

// 'name'變量現在指向null
name = null;

// 在這一點上，原始的"John Doe"字符串對象
// 準備好進行垃圾收集

// 建議運行垃圾收集（不能保證）
System.gc();
}
}

在這個例子中，我們創建了一個字符串對象"John Doe"並將其分配給變量'name'。當我們將'name'設置為null時，原始字符串對象變得無法訪問。垃圾收集器最終會清理這個對象，釋放它佔用的記憶體。

垃圾收集器的類型

Java提供了多種類型的垃圾收集器，每種都有自己的優勢。這就像為不同的情況有不同的清潔隊伍一樣。讓我們來見見我們的清潔隊伍：

序列垃圾收集器
平行垃圾收集器
同步標記清除（CMS）垃圾收集器
G1垃圾收集器

以下是一個方便的表格，總結了這些收集器：

垃圾收集器	專業於	關鍵特性
序列GC	單線程環境，小數據集	對小應用程序簡單高效
平行GC	多線程環境，大數據集	專注於吞吐量
CMS GC	需要低暫停時間的應用程序	同步操作以減少暫停
G1 GC	大堆大小，可預測的暫停時間	將堆分為區域以實現有效收集

垃圾收集的代

現在，讓我們談談Java如何組織對象進行垃圾收集。Java使用分代垃圾收集模型，該模型基於大多數對象壽命短的觀察。

堆（對象居住的地方）被分為三個代：

年輕代
老年代（也稱為長期代）
恒定代（在Java 8+中被Metaspace替代）

這裡有一個有趣的方式來思考它：想象一下有一個有三個鄰里的城市 - 年輕城，老城和恆定城。

年輕代（年輕城）

這是新對象出生的地方。這是一個繁華、動盪的地方，轉換率很高。大多數對象在這裡出生和死亡，從未搬到其他地區。

年輕代進一步分為三個空間：

伊甸園空間：新對象被分配的地方。
幸存者空間0和幸存者空間1：垃圾收集後倖存的對象被移動的地方。

讓我們看一下年輕代中創建對象的例子：

public class YoungGenerationExample {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
// 這些對象被創建在伊甸園空間
Object obj = new Object();
}
// 其中大多數對象將在下一次小型GC中被收集
}
}

在這個例子中，我們創建了1000個對象。這些將首先被分配在年輕代的伊甸園空間中。

老年代（老城）

在年輕代中經過多次垃圾收集而倖存的對象被提升到老年代。這就像長壽對象的退休社區。

以下是一個可能最終進入老年代的對象的例子：

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("項目 " + i);
// 這個列表很可能會被提升到老年代
// 因為它變大並且經過多次GC週期而倖存
}
}
}

在這個案例中，longLivedList很可能会被提升到老年代，因為它變大並且經過多次垃圾收集週期而倖存。

小型垃圾收集

小型GC就像對年輕城的快速清潔。它很快，並且經常發生。當年輕代填滿時，小型GC會進行清理。

以下是小型GC期間發生的事情：

伊甸園中的所有對象都移動到一個幸存者空間。
從當前幸存者空間中的對象移動到另一個幸存者空間。
幾經小型GC而倖存的對象被提升到老年代。

完整垃圾收集

完整GC是對年輕城和老城進行的一次更徹底的清理，它比小型GC要慢，並且發生的次數要少。

以下情況會觸發完整GC：

老年代滿了
Metaspace滿了

以下是一個可能觸發完整GC的例子：

public class FullGCExample {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
// 不斷分配記憶體
byte[] b = new byte[1024 * 1024]; // 1MB
list.add(b);
}
}
}

這個程序不斷地分配記憶體而沒有釋放。最終，它會填滿老年代並觸發完整GC。

調優垃圾收集器

調優垃圾收集器就像調整你的清潔計劃一樣。這是一個高級主題，但以下是一些基本建議：

選擇適合你的應用的正確收集器
調整堆大小和代大小
設置適當的GC日誌

以下是如何在運行Java應用程序時設置垃圾收集器和堆大小的例子：

java -XX:+UseG1GC -Xmx4g -Xms4g MyApplication

這個命令使用G1垃圾收集器，並將最大和初始堆大小設置為4GB。

請記住，垃圾收集器的調優高度依賴於你的具體應用和環境。這通常是一個實驗和監控的過程。

以上就是了，我親愛的學生們！我們已經對Java垃圾收集進行了一次旋風之旅。從了解它是什么，到探索不同類型的收集器和代，再到瞭解小型和完整GC是如何工作的，你現在已經掌握了這個重要的Java编程方面的基礎知識。

請記住，垃圾收集就像是你Java程序背後勤奮的清潔隊伍。當它們在工作時，你可以專注於编写驚人的代碼。編程愉快，願你的記憶永遠保持乾淨整潔！

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