Java“ for”语句实现可防止垃圾收集

Question

UPD 21.11.2017： 该错误已在JDK中修复，请参见Vicente
Romero的评论

摘要：

如果将for语句用于任何Iterable实现，则集合将一直保留在堆内存中，直到当前作用域（方法，语句主体）结束为止，即使您没有对该集合和应用程序的任何其他引用，也不会进行垃圾回收需要分配一个新的内存。

http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=JDK-8175883

https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8175883

例子 ：

如果我有下一个代码，它会分配带有随机内容的大字符串列表：

import java.util.ArrayList;
public class IteratorAndGc {

    // number of strings and the size of every string
    static final int N = 7500;

    public static void main(String[] args) {
        System.gc();

        gcInMethod();

        System.gc();
        showMemoryUsage("GC after the method body");

        ArrayList<String> strings2 = generateLargeStringsArray(N);
        showMemoryUsage("Third allocation outside the method is always successful");
    }

    // main testable method
    public static void gcInMethod() {

        showMemoryUsage("Before first memory allocating");
        ArrayList<String> strings = generateLargeStringsArray(N);
        showMemoryUsage("After first memory allocation");


        // this is only one difference - after the iterator created, memory won't be collected till end of this function
        for (String string : strings);
        showMemoryUsage("After iteration");

        strings = null; // discard the reference to the array

        // one says this doesn't guarantee garbage collection,
        // Oracle says "the Java Virtual Machine has made a best effort to reclaim space from all discarded objects".
        // but no matter - the program behavior remains the same with or without this line. You may skip it and test.
        System.gc();

        showMemoryUsage("After force GC in the method body");

        try {
            System.out.println("Try to allocate memory in the method body again:");
            ArrayList<String> strings2 = generateLargeStringsArray(N);
            showMemoryUsage("After secondary memory allocation");
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            showMemoryUsage("!!!! Out of memory error !!!!");
            System.out.println();
        }
    }

    // function to allocate and return a reference to a lot of memory
    private static ArrayList<String> generateLargeStringsArray(int N) {
        ArrayList<String> strings = new ArrayList<>(N);
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder(N);
            for (int j = 0; j < N; j++) {
                sb.append((char)Math.round(Math.random() * 0xFFFF));
            }
            strings.add(sb.toString());
        }

        return strings;
    }

    // helper method to display current memory status
    public static void showMemoryUsage(String action) {
        long free = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        long used = total - free;
        System.out.printf("\t%40s: %10dk of max %10dk%n", action, used / 1024, max / 1024);
    }
}

编译并以 有限的内存 运行它，例如（180mb）：

javac IteratorAndGc.java   &&   java -Xms180m -Xmx180m IteratorAndGc

在运行时，我有：

在第一次内存分配之前：最大176640k的1251k

第一次分配内存后：131426k，最大176640k

迭代后：131426k，最大176640k

在方法主体中强制装填GC之后：最大为176640k的110682k（几乎没有收集到任何东西）

尝试再次在方法主体中分配内存：

     !!!! Out of memory error !!!!:     168948k of max     176640k

方法主体后的GC：最大459640k的459k（收集垃圾！）

方法外的第三次分配总是成功的：117740k，最大163840k

因此，在 gcInMethod（）
内部，我尝试分配列表，对其进行迭代，丢弃对该列表的引用，（可选）强制垃圾回收并再次分配相似的列表。但是由于内存不足，我无法分配第二个数组。

同时，在函数体之外，我可以成功地强制进行垃圾回收（可选）并再次分配相同的数组大小！

为了避免函数体内出现此 OutOfMemoryError ，仅删除/注释这一行就足够了：

for (String string : strings); <-这是邪恶！！！

然后输出如下所示：

在第一次内存分配之前：最大176640k的1251k

第一次分配内存后：131409k，最大176640k

迭代后：131409k，最大176640k

在方法主体中强制执行GC之后：最大176640k的497k（收集垃圾！）

尝试再次在方法主体中分配内存：

分配辅助内存后：最大115840k的115541k

方法主体后的GC：最大163840k的493k（垃圾收集！）

方法外的第三次分配始终成功：最高163840k的121300k

所以，无需 用于 迭代垃圾成功丢弃参考串后收集，并且分配的第二时间（函数体内）和分配的第三次（该方法之外）。

我的假设：

用于 语法构造的编译为

Iterator iter = strings.iterator();
while(iter.hasNext()){
    iter.next()
}

（我检查了这个反编译javap -c IteratorAndGc.class）

并且看起来像这样的 迭代 参考一直保留到最后。您无权访问引用以使其无效，并且GC无法执行收集。

也许这是正常的行为（甚至可能在 javac中
指定，但我还没有找到），但是恕我直言，如果编译器创建了一些实例，它应该关心使用后将它们从作用域中丢弃。

这就是我期望执行for语句的方式：

Iterator iter = strings.iterator();
while(iter.hasNext()){
    iter.next()
}
iter = null; // <--- flush the water!

使用的Java编译器和运行时版本：

javac 1.8.0_111

java version "1.8.0_111"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_111-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.111-b14, mixed mode)

注意事项 ：

• 问题不是关于编程风格，最佳实践，约定等，而是关于Java平台的效率。

• 问题不在于System.gc()行为（您可以从示例中删除所有 gc 调用）-在第二个字符串分配期间，JVM 必须 释放丢弃的内存。

引用测试java类，在线编译器进行测试（但是此资源只有50
Mb的堆，因此使用N = 5000）

Answer 1

增强的for所述 ，javac正在生成综合变量，因此对于如下代码：

void foo(String[] data) {
    for (String s : data);
}

javac大约生成：

for (String[] arr$ = data, len$ = arr$.length, i$ = 0; i$ < len$; ++i$) {
    String s = arr$[i$];
}

如上所述，这种转换方法意味着合成变量 arr $ 拥有对数组 数据
的引用，一旦该方法内部不再对其进行引用，该引用就会阻止GC收集数组。通过生成以下代码已修复了该错误：

String[] arr$ = data;
String s;
for (int len$ = arr$.length, i$ = 0; i$ < len$; ++i$) {
    s = arr$[i$];
}
arr$ = null;
s = null;

想法是将javac创建的用于转换循环的引用类型的任何综合变量设置为null。如果我们在谈论原始类型的数组，则编译器不会生成对null的最后一个赋值。该错误已在回购JDK回购中修复