Java, Garbage Collection與 Memory management

很多新手都以為， Java 和相比 C++，JVM 內置了 Garbage Collection 的功能就相等於 "我不用管" / "我可以寫少幾行 code",這種想法，是要不得的。

其實這也難怪，太多書本和教學寫得都不清楚，甚至錯誤百出。
不是為了吸引新手使用 Java，就是把它定義為進階深入的知識，或根本連作者本身都錯誤理解了。

其實無論是 Java , .NET 或其他附有 GC 或其他聲稱有 GC 功能的語言，也要自己面對資源回收的理

為垃圾而設想

Garbage Collection (垃圾回收) 能有效率地運作的大前提是，它要知道甚麼是垃圾，甚麼不垃圾。
理所當然的，當你手上還捉緊著它們，還有 Object 之間千絲萬縷的連結，你又叫 GC Engine 如何替你進行回收呢？

其他的還有 GC 的時機，策略，優化(避免劣化) 也是要由寫程式的人來想。

別忘了它們的手足

GC 本來就只能替你回收記憶體，可是你不要忘了除了記憶體，你還有別的垃圾。IO Handle, native code 的 pointer 或其他向 OS / Hardware 要來的資源 。GC Engine 是不知道如何釋放／回收它們的，GC 能做到的只是告訴你：『我看到它上面有條便條，它要我在回收之前通知你，記得有其他的事情要做』－－－也就是 finalize method。

當 GC engine 看到將要回收的 Object 上有 finalize method，則會把它們放到一邊，經由獨立的 Finalizer Thread 執行。而你要做的，就是記得在 finalize 內把自己用到的 sub-process / native pointer / windows handle / file handle 經由 JNI 方法自己放掉。正如在 C 當中 delete pointer 之前要把子內容清掉一樣。

可幸地， JDK 內所有一般性會使用 native resource 的 Object 都已實作了 finalize，你在正常情況下都不必為它們底層的 File Handle, Socket, GUI Handle, pointer.... 等等太過粗心。不過你還是要注意和小心的！

你應該知道 SWT / Swing 和 AWT 吧！我以前讀 SWT 介紹的時候都不了解這一小句『SWT doesn't  use the Java garbage collector....』當時我看不懂，近年才有所覺悟。它所說的，不是指 Java 中Object 記憶體的回收，而是指不等待不使用 GC 的 Finallizer 來回收 GUI Handler。　先說一點歷史，當年 AWT 設計上最失敗的地方不是其 heavy-weight (這只是 Sun 用來騙人的術語)，也不是 GUI 的 cross-platform 問題。而是其而是其設計高估 GC 的能力 Finalizer Thread 的速度。　finalize 最大的多點是所有實現了它的 object 和它的子部件都至才要經過兩次 GC 才能被清掉，基本上所有使用了 AWT 的 Java Process 的 GC 都被劣化(使用 AWT 的大前提是你不應 extends 任何 AWT 元件)。而且 OS 能用的 GUI handle 數目是有限的，可是 AWT 就喜歡拿了一堆 Handle 不放手(還沒有 finalize 掉)，令到整個 OS out-of-resource 的機會大大提高。
Swing 就是應用了 light-weight (另一個騙人的術語) 的想法，減少向 OS 要求 resource，把 GUI 放入自己管理的部份。SWING 自行產生，管理，繪畫，事件，消除。(怎麼看都是把原本 OS 做的事搶來自己做，根本是更加重，更加 heavy-weight 才對) 來達到多重目的。 LookAndFeel 是其中最沒有用最浪費，郤又最多人掛在口邊的的。

而 SWT 的想法就是：『好吧，我知道它們是何時成為垃圾，就由我來把它回收吧。』
很簡單，很易了解，其實也只是要求 Progarmmer 去做他們本來就應該要做的工作。

GC 不只是 Garbage Collection

上文不是提到 GC 是回收記憶體中的垃圾和其他垃圾嗎？為甚麼又說它不是垃圾回收呢？

的確，原本的 GC 的用意 (包括 Java / .NET / C++ 和其他) 很可能根本只是垃圾回收。可是把它套用在近代的 JVM 上就有點太過小看 GC 了。GC 的另一樣重要的價值是自動化的記憶體管理。簡單來說，就是能否善用空間的能力。

記憶體管理大概可以被分為：配置，釋放，重置，定位等等。

根據支持者的研究文件指出(忘了出處)，老舊的 C/C++ 當中的 配置/釋放記憶體雖然每次都很快，但卻是 stop-the-world 的動作，效能算起來會和有 overhead 的 Java 差不多，甚至比 Java 差。

另外 GC 能避免 memory fragment 。fragment 的出現是因為程式每次向OS 要求 memory 都是以 page 為單位的，反復的配置/釋放會減低 page 真正需要使用的密度。JVM GC 在執行的時候，很多時候也會把 Object 的本體移來移去(e.g. Generational GC)。也是能把 2/5 + 2/5 + 1/5 整合為一個 5/5 的時機。VM 理論上和部份的實作上是做得到把常用的，連著使用的 object 放在一起，而把不太相關的，很有機會被垃圾掉了又放在另一個 page 內，而直接減少底層執行指令的負擔。例是說 String 本身和內在的 char[] 經常放在一起，減少要在多個不同的 page 讀寫的機會。

GC 它能做到的，它替你做到的，都比你想的多；但你也需要寫 GC friendly 的程式才行。