實(shí)例解析Java字符串內(nèi)存管理方法
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通過(guò)對(duì)Java中字符串操作接口的分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著這些操作的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較多的無(wú)用字符串，它們不再被Java類(lèi)封裝并且也不被任何變量引用。這些無(wú)用字符串?dāng)?shù)據(jù)將一直停留在活躍堆中，直到Java虛擬機(jī)啟動(dòng)垃圾收集將其回收。而由于字符串?dāng)?shù)據(jù)具有單個(gè)對(duì)象占用空間較小但總體數(shù)量很大的特征，大量的無(wú)用字符串?dāng)?shù)據(jù)不僅會(huì)影響堆空間的利用率，并且對(duì)Java虛擬機(jī)垃圾收集的性能有較大影響。
當(dāng)前對(duì)Java中字符串的內(nèi)存管理優(yōu)化方案主要關(guān)注于字符串的使用效率上，如消除常量重復(fù)、延遲分配等技術(shù)［2］，通過(guò)修改Java虛擬機(jī)對(duì)字符串分配回收的支持來(lái)提高堆中字符串的使用效率。然而這些方案無(wú)法處理堆中已經(jīng)成為無(wú)用字符串的數(shù)據(jù)，只能等待垃圾收集來(lái)處理。
近期編譯時(shí)的獨(dú)立對(duì)象回收策略［3］則專(zhuān)注于在編譯階段對(duì)應(yīng)用程序做分析并插入回收指令以回收無(wú)用對(duì)象空間，但是該方案對(duì)Java庫(kù)函數(shù)只做保守分析從而無(wú)法回收這些無(wú)用字符串。為此，本文從對(duì)字符串操作接口的分析出發(fā)，識(shí)別各類(lèi)操作對(duì)字符串的改變情況以利用獨(dú)立對(duì)象回收策略中的指令插樁技術(shù)來(lái)主動(dòng)回收無(wú)用字符串對(duì)象，以提高堆空間的利用率、減低垃圾回收的負(fù)擔(dān)、改善Java虛擬機(jī)的性能。
1 Java中字符串的支持與分析
1.1 Java中字符串的支持
Java語(yǔ)言將字符串的表示和操作都封裝在StringBuilder、StringBuffer和String三個(gè)類(lèi)中。其中前兩個(gè)類(lèi)指向的字符串是可變的，String類(lèi)指向的字符串是不變的。這三個(gè)類(lèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上一致，以StringBuilder為例，StringBuilder在Java中的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從圖1可以看出，字符串?dāng)?shù)據(jù)由StringBuilder對(duì)象指向的value域保存，在內(nèi)存空間上反映為兩個(gè)對(duì)象：StringBuilder對(duì)象通過(guò)value域指向字符串對(duì)象。由于該類(lèi)提供常用的可變字符串操作接口且相對(duì)另一個(gè)類(lèi)StringBuffer具有較高的執(zhí)行效率，對(duì)字符串?dāng)?shù)據(jù)的操作在Java虛擬機(jī)中一般會(huì)將其轉(zhuǎn)換為StringBuilder對(duì)象再做處理。下面以一個(gè)語(yǔ)句示例來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)：
String s=new String（‘a(chǎn)a’+’bb’+’cc’）；
該語(yǔ)句的語(yǔ)義是將三個(gè)字符串連接在一起并生成一個(gè)String對(duì)象，在Java語(yǔ)言的源程序級(jí)別上不會(huì)出現(xiàn)StringBuilder對(duì)象，但是經(jīng)過(guò)編譯器優(yōu)化之后，這條語(yǔ)句實(shí)際被翻譯為下面的字節(jié)碼形式（為簡(jiǎn)化描述，本文以源語(yǔ)言來(lái)表示字節(jié)碼的操作）：
StringBuilder t=new StringBuilder（‘a(chǎn)a’）；
t.append（‘bb’）；
t.append（‘cc’）；
String s=t.toString（）；
即Java編譯器會(huì)首先創(chuàng)建一個(gè)StringBuilder對(duì)象，完成字符串的連接工作之后再將其轉(zhuǎn)變?yōu)镾tring對(duì)象。由于類(lèi)似于這種情況的字符串操作較多地出現(xiàn)在輸出方法和字符串創(chuàng)建方法中，所以可推斷出StringBuilder有著較大的使用頻率，故將以其為代表分析其提供的接口對(duì)字符串的影響。
1.2 無(wú)用字符串的產(chǎn)生
在上節(jié)的示例中，StringBuilder類(lèi)提供的append（）接口將會(huì)改變value域所指向的字符串，其做法是：新建長(zhǎng)度為連接后字符串長(zhǎng)度之和的字符數(shù)組，分段復(fù)制之后使其成為value域指向的新數(shù)組，而value域指向的原數(shù)組將被丟棄成為無(wú)用字符串。
圖2為示例語(yǔ)句中append（）接口引起的value域指向字符串變化圖。
從圖2可以看出，在append（）接口執(zhí)行過(guò)后，對(duì)象的字符數(shù)組將指向新建的字符串’aabb’，原有字符串’aa’將不被任何變量指向而成為無(wú)用字符串。
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