（產業(yè)經濟學專業(yè)論文）基于JBOSS平臺的J2EE應用優(yōu)化研究與實踐.pdf

對外經濟貿易大學碩士論文 摘要 本論文的研究目的是希望通過對j 2 e e 技術體系的深入研究，總結出在開發(fā) j 2 e e 應用的時候容易出現的性能問題，并結合實例提出相應的解決方案。這些 問題和解決方案都具有普遍的適應性，因此可供開發(fā)一般的j 2 e e 項目所借鑒。 j 2 e e 是由s u n 公司推出的一種全新概念的模型，目前已成為企業(yè)級應用， 電子商務交易的主要開發(fā)平臺。j 2 e e 已經被證明是個穩(wěn)定的、可擴展的、成 熟的平臺，它具有平臺獨立的特性。但是做為j 2 e e 技術的核心之一的e j b ，其 性能問題一直受到廣泛的質疑，普遍被認為執(zhí)行效率低下。正是由于j 2 e e 在性 能上的缺陷，因此我們在開發(fā)j 2 e e 應用時，必須重視應用的優(yōu)化工作，努力做 到即可以充分利用j 2 e e 的種種優(yōu)勢，又可以使項目高效的運行。 論文首先從j a v a 語言的內存管理出發(fā)，深入研究了j a v a 語言內存分配及 回收的機制，重點研究了j a v a 開發(fā)中可能會出現的內存泄露問題。并提出了避 免內存泄露和如何檢測內存泄露的方法。其次，本文深入研究了e j b 技術的原理， 并結合j b o s s 平臺研究如何提高e j b 性能的問題。第三，本文對j 2 e e 集群技術 做了深入的分析，并對流行的各種集群方式的性能加以比較，提出了一種比較理 想的集群方式第四，本文對現有的多種w e b 層負載均衡方式加以研究，發(fā)現它 們都不能真實的按照各服務器結點的負載均衡情況均勻的分配請求。為此，筆者 提出基于負載檢測的負載均衡方案，其核心是給決定負載大小的各因素分配一定 的權重，在每次請求轉發(fā)時，各服務器結點按照事先分配的權重對其實際負載的 大小予以量化，并將量化后的結果反饋到負載均衡器，由負載均衡器挑選其中負 載最輕的服務器轉發(fā)請求第五，本文最后將前面所研究的種種優(yōu)化技術綜合運 用到筆者目前所開發(fā)的項目中去，并取得了一定的效果。 關鍵詞；j 2 e ej b o s s優(yōu)化 對外經濟貿易大學碩士論文 t h eo b j e c t so ft h i sp a p e ri st oc o n c l u d es o m em e t h o d st oi n c r e a s et h ep e f o l m a n c co f j 2 e e a p p l i c a t i o na tt h eb a s i so f r e s e a r c h i n gt h e a r c h i t e c h e ro f j 2 e e p l a t f o r m j 2 e e s p e c i f i c a t i o nm a k e st h en t i e re n t e r p r i s ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tm u c h m o l ee a s i e r , a n dt h es e r v e r sb a s e do ni to f f e rt h er u n n i n ge n v i r o n m e n ta n ds y s t e ms e r - s e r v i c e ss u c ha st r a n s a c t i o n , d a t a b a s ea c c e s s i n g , j m sa n ds e c u r i t ys e r v i c e t h em a j o r a d v a n t a g eo f j 2 e e i si t s “w r i t eo n c e ，r u na n y w h e r e ”j a v ac o m p o n e n t s ，w h i c hm e a n s t h a ti ti si n d e p e n d e n to ft h eo p e r a t i o ns y s t e m ，a n dt h ej 2 e ep r o d u c t i o n se a rb ed e p l o - y e dt oa n yj 2 e es e r v e r si n c l u d i n gt h es e r v e ri nn ts y s t e me n v i r o n m e n t b e c a u s et h e j 2 e et e c h n o l o g yh a ss om a n ym e r i t s s ot h et e c h n o l o g yo fj 2 e ep l a t f o r mg r a d u a l l y b e c o m et h ef a c ts t a n d a r do fe n t e r p r i s ec o m p o n e n td e p l o y m e n t b u t , a st h ec o r eo fj 2 e e p l a f f o r m , f j bt e c h n o l o g yi st h i n k e da s al o we f f i c i e n tt e c h n o l o g y b e c a n s ec j bt e c h n - o l o g ya r ed e v e l o p e da tt h eb a s i so fs e r i a l i z a t i o nt e c h n o l o g ya n dr e m o t em e t h o di n v o - c a t i o nt e c h n o l o g y s e r i a l i z a t i o ni su s e dt ot r a n s f o r mo b j e c t sb e t w e e np r o c e s s e s b u tt h e i m p l e m e n t i o no fs e r i a l i z a t i o ni sn o td 鎬i g n e dp e f e r c t l yi nj a v ap l a t f o r m , s ot h ee f f i c i e n c yo fs e r i a l i z a t i o ni sn o ts og o o d t h es a l n ea ss e r i a l i z a t i o nt e c h n o l o g y ，t h er e m o t em e t h o di n v o c a t i o nt e c h n o l o g ya l s of a c e dt h ec r i t i c i s mo fb a dp e r f o m a n c e b e c a u s eo f t h et h e s ed i s a d v a n t a g e d e v e l o p e r so f j 2 e ea p p l i c a t i o nm u s tc a r e f u l l yd e v e l o pt h e i r w o r kt oi m p r o v et h ep e f f e r m e n c eo fj 2 e ea p p l i c a t i o n i nm yp a p e r ，f i r s t l y , ir e s e a r c h e dt h em e c h a n i s mo fj a v am e m o r ya l l o c a t i o na n d m e m o r yr e c o v e r i n g 1e m p h a s e do nt h ep r o b l e mo fm e m o r yl e a k ia n a l y s e dt h er e a s o n o fm e m o r yl e a ka n dh o wt oc h e c kt h em e m o r yl e a ka n dh o wt oa v o i dt h em e m o r y l e a k s e c o n d l y ，ir e a s e a r c h e dh o wt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ee j bc o m p o n e n t s i nj b o s s p l a t f o r m t h i r d l y ，i r e a s e a r c h e dt h e t h e o r y o fj 2 e ec l u s t e ra n dt h e h n p l e m e n t i o n s o fa l lk i n d so fc l u s t e ri nt h ej 2 e ea r c m t e c t u r ei n j b o s s p l a t f o r m f i n a l l y , ip r o p o s eal o a db a l a n c i n g f o rh t t p s e r v l e tl e v e lp o l i c ya n dm a k ei t i m p l e m e n t e d k e y w o r d s ：j 2 e e ，j b o s s ，p e r f o r m a n c e r u n n 礬g 2 對外經濟貿易大學碩士論文 第一章緒論 1 1 課題的研究背景與意義 本課題主要是作者在參與了j 2 e e 平臺應用項目后的分析工作的一部分。本 課題主要研究對j 2 e e 應用進行優(yōu)化的若干技術問題。 j 2 e e 是由s u n 公司推出的_ 二種全新概念的模型，是在分布式環(huán)境中的一種 體系結構，它提供了一種基于組件的設計、開發(fā)、集成部署企業(yè)應用系統(tǒng)的方法。 j 2 e e 平臺提供了多層分布式的應用系統(tǒng)模型，可重用的組件、統(tǒng)一的安全性模 型和靈活的事務控制，基于組件的j 2 e e 企業(yè)應用具有平臺獨立性，所以不受任 何軟件產品和任何軟件廠家a p i 的限制回j 2 e e 應用已經成為企業(yè)級應用，電子 商務交易的主要開發(fā)平臺符合j 2 e e 應用標準的產品主要有b 隊公司的 i g e b l o g i c 、i b m 的w e b s p h e r e 以及開源的j b o s s 等，還有包括著名數據庫廠商 o r a c l e 、s y b a s e 在內的上百種產品。它們基本上都是應用服務器系統(tǒng)，因此j 2 e e 通常指的是應用服務器平臺。j 2 e e 已經被證明是一個穩(wěn)定的、可擴展的、成熟 的平臺，它具有平臺獨立的特性。 j 2 e e 平臺獨立性包括兩個方面，一是j a v a 語言的平臺獨立性，二是j 2 e e 標準的平臺獨立性j a v a 是一種跨平臺的語言，在任何平臺上，只要有j a v a v i r t u a lm a c h i n e ( j v m ) ，就能在不同平臺上執(zhí)行同一個j a v a 程序。另外，j 2 e e 標準的平臺獨立性使得任何符合j 2 e e 標準的應用服務器之間可以共用標準的組 件開發(fā)也就是說，在w e b l 0 ( ；i c 下開發(fā)的應用，也可以移植到j b o s s 平臺下， 這樣在電子商務應用的開發(fā)中，可以任意的選擇和購買通用的組件，從而加速開 發(fā)的進程最后，j 2 e e 的平臺獨立性是應用的移植變得輕松起來。在一個j 2 e e 應用中，你可以把w e b l o g i c + o r a c l e 的應用移植到j b o s s + s y b a s e 上，不需要 改動任何源代碼。只需要進行一些不算太復雜的配置即可這也是j 2 e e 為何如 此流行的一個重要原因。 j 2 e e 技術雖然受到了廣泛的歡迎，但是做為j 2 e e 技術的核心之一的e j b ， 其性能問題一直受到廣泛的質疑，主要的質疑集中在兩個方面。一是對象序列化 技術，對象序列化技術是e j b 跨平臺通迅的基礎，所有的e j b 通訊都依賴于對象 序列化技術，通過對序列化技術實現了對象在多個進程之間的復制傳遞。這本是 一個很清晰的設計，但是由于j a v a 平臺對于對象序列化的實現并不盡如人意， 序列化與反序列化的效率太低，導致對象傳輸的速度極慢。二是r m i ( 遠程方 法調用) ，e j b 限定必須遵守c o r b a 規(guī)范的r m i i i o p 技術，這種技術的原理是 通過本地的一個遠程對象代理，通過網絡上的多次通訊實現對遠程對象的方法調 謝小樂，( j 2 e e 經典實例詳解 ，人民郵電出版社，2 0 0 2 ，2 3 5 2 3 9 對外經濟貿易大學碩士論文 用，這種設計架構的初衷是隱藏對象的具體位置，可以讓對象使用者不用關心對 象的實際位置。但是這種方法的實現性能極差。由于j 2 e e 技術先天上存在這些 性能上缺陷，因此我們在開發(fā)j 2 e e 應用時，必須重視應用的優(yōu)化工作，努力做 到即可以充分利用j 2 e e 的種種優(yōu)勢，又可以使項目高效的運行。 1 2 企業(yè)計算平臺的發(fā)展概況 1 2 1 傳統(tǒng)的應用體系結構 傳統(tǒng)的應用體系結構主要有兩種c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式和b s 模式。 ( 1 ) c s 模式( 客戶機服務器) 模式 圖1 1c s 模式 資料來源：本研究整理 目前絕大多數網絡應用都采用這種模式，它將訪問數據庫的操作放在客戶端 執(zhí)行，即客戶應用程序直接對數據庫進行操作。一般企業(yè)的m i s 系統(tǒng)都采用這種 方式。 ( 2 ) b s 模式( 瀏覽器服務器) 模式： 一妒 客戶端瀏覽器 w c b m 務器 圖1 2a s 模式 資料來源：本研究整理 a s 模式訪問數據庫的工作交由客戶端的瀏覽器來完成。不必安裝特定的程 序。隨著i n t e r n e t i n t r a n e t 技術的發(fā)展，網絡應用中的客戶端零管理成了眾多 企業(yè)的需要，所以這種體系結構正迅速的發(fā)展起來。 1 2 2 多層應用體系結構 多層應用體系結構就是傳統(tǒng)的兩層結構的客戶端與服務器之間加入一層中 間層，我們稱之為應用層。應用程序服務器就放在該層。應用程序服務器是駐留 2 對外經濟貿易大學碩士論文 在服務器上的程序，為各種應用提供了商業(yè)邏輯。服務器可以是網絡的一個組成 部分，尤其是分布式的網絡。服務器程序為客戶機上的程序提供服務。 應用程序服務器最常用的場合是基于w e b 的三層體系結構。 第一層( 前端) ：b r o w s e r 瀏覽器( t h 玳c l i e n t 瘦客戶機) ，為用戶提供 g u i 圖形接口 第二層( 中間層) ；a p p l i c a t i o ns e r v e r ：應用服務器。 第三層( 后端) ：d a t a b a s es e r v e r ，數據庫服務器。 應用服務器位于三層結構中的第二層，它是三層體系的集成部分，和w e b s e r v e r 聯(lián)合在一起處理客戶的請求。 應用服務器的基本功能包括： ( 1 ) 組件管理 提供管理工具來處理所有組件和運行時服務( r u nt i m es e r v i c ) 如 s e s s i o n 管理，同步異步客戶端通知，以及執(zhí)行服務器上的商業(yè)邏輯。 ( 2 ) 容錯 提供沒有任何單點錯誤的性能，定義出錯恢復的策略以防止某個對象或對象 組出現錯誤。 ( 3 ) 負載均衡 根據服務器當前負載及可用性，將請求提交給不同的服務器。 ( 4 ) 事務處理 ( 5 ) 管理控制臺m a n a g e m e n tc o n s o l e 單點圖形管理界面，用于監(jiān)控遠端客戶及服務器集群管理。 ( 6 ) 安全性 提供應用的安全性。 1 3 j 2 e e 平臺的發(fā)展情況 1 3 1 j 2 e e 的內容 j 2 e e 是s u n 公司提供的旨在為支持j a v a 語言服務器端部署而提供平臺無 關、可移植的、多用戶的、安全和標準的企業(yè)級應用平臺。j 2 e e 做為2 個規(guī)范， 包括如下幾個部分： ( 1 ) 企業(yè)級j a v a b e a n 圓( e j be n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) ：e j b 定義了如何編寫 服務器端組件。并且為服務器端組件和管理這些組件的應用服務器之間提供了標 準的協(xié)議。e j b 是j 2 e e 中的重要組成部分，并且使用了其它的j 2 e e 技術 ( 2 ) j a v a 的遠程方法調用( 跏i ：r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 和r m i i i o p ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o no v e rt h ei n t e r n e ti n t e r - o r bp r o t o c 0 1 ) r m i ( 蛩( 美) 斯瑞格奈斯。( ( 精通e j b 。電子工業(yè)出版社，2 0 0 6 。5 6 - 5 9 3 對外經濟貿易大學碩士論文 是j a v a 語言自身提供的用來在分布式對象之間通信的機制，例如運行在兩個不 同的機器上的不同的對象之間 ( 3 ) j a v a 命名和目錄接口( j n d i ，j a v an a m i n ga n dd i r e c t o r y i n t e r f a c e ) ：j n d i 用來訪問命名和目錄系統(tǒng)。 ( 4 ) j a v a 數據庫連接( j d b c ，j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) ：j d b c 是j a v a 訪問關系型數據庫的a p i ( 5 ) j a v a 事務處理a p i ( j t a ，j a v at r a n s c a t i o na p i ) 和j a v a 事務處理服務 ( j t s ，j a v at r a n s c a t i o ns e r v i c e ) ：j t a 和j t s 規(guī)范為組件提供了可靠的事 務處理支持。 ( 6 ) j a v a 消息服務( j m s ，j a v am e s s a g es e r v i c e ) ：j m s 允許j 2 e e 應用通過 消息進行通信。 ( 7 ) j a v as e r v l e t ：s e r v l e t 是一些用來擴展w e b 服務器功能的網絡組件，它 基于請求響應機制。 ( 8 ) j a v as e r v e rp a g e ( j s p ) 等。 i 3 2 j 2 e e 應用服務器 目前流行的應用服務器如w e b l o g i c ，w e b s p h e r ea p p s e r v e r ，j b o s s ，o r a c l e 9 i a s 等等，都是符合j 2 e e 標準的應用服務器，很好地支持了e j b 、i n d i 等j 2 e e 核心技術。 l第一層第二層第三層l 竺竺竺) 7 、 p 一i | i 曦 之曲容器 l 麓i 汐 毒 客戶端 r 、竺竺竺夕 ( 一- - - - - ：二： w e b 容器 = 二) 圖1 3j 2 e e 組件模型 資料來源：本研究整理 j 2 e e 定義了下列組件； ( 1 ) 客戶層：a p p l i c a t i o n ( 2 ) w e b 層：j a v as e r v l e t 和j s p 組件 4 對外經濟貿易大學碩士論文 ( 3 ) 業(yè)務處理層：e j b 其結構如圖1 3 所示，下面簡要介紹各元素的主要功能： ( 1 ) e j b 容器 e n t e r p r i s ej a v ab e a n 實例運行于一個e j b 容器 當中。該容器是控制e j b 并為其提供重要的系統(tǒng)級服務的環(huán)境。即你可以不用自己開發(fā)這些服務，而完全 集中在e j b 的業(yè)務邏輯中。該容器為e j b 提供了以下一些服務： a ) 事務管理( t r a n s c a t i o nm a n a g e m e n t ) 事務是企業(yè)級計算中的關鍵部分，j a v at r a n s c a t i o na p i ( j t a ) 給開發(fā)人員 提供了一組簡單的面向事務命令，在j a v a 代碼中可以輕松可靠地控制事務這 些事務包括e j b 方法調用，j d b c 數據庫操作、j j i s 消息服務系統(tǒng)以及對任何其它 提供事務支持的計算源操作。 b ) 安全( s e c u r i t y ) 容器允許只有被授權的用戶才能激活e j b 的方法。每一個客戶屬于一個特別 的角色，而每個角色只允許激活特定的方法，你應該在e j b 的部署描述中聲明角 色和可激活的方法。由于這種聲明的方法，你可以不必編寫加強安全性的規(guī)則。 c ) 遠程客戶連接( r e m o t ec 1 l e n tc o n n e c t i v i t y ) 容器負責管理在客戶端及e j b 之間的底層交流。e j b 被創(chuàng)建后，客戶端可以 像在一個j v m 中一樣對e j b 激活其方法。 d ) 生存周期管理 一個e j b 在其生存周期中會經歷幾個階段。容器創(chuàng)建e j b ，并在可用實例池 與活動狀態(tài)中移動它，而最終將其中容器中移去即使可以用e j b 的c r e a t e 和 r e m o v e 方法，容器也會在后臺自動執(zhí)行。 e ) 數據庫連接池 數據庫連接池是一個有價值的資源。獲取數據庫連接是一項費時的工作i 而 且連接數據非常有限容器通過管理連接池來緩和這些問題e j b 可從池中獲取 連接，在b e a n 釋放連接后供其它連接使用。 ( 2 ) w e b 容器 w e b 容器是j s p 和s e r v l e t 的運行環(huán)境，來自客戶端的請求，首先要被w e b 容器所接收，通過j s p 或s e r v l e t 來調用e j b 完成業(yè)務功能。 1 3 3 j 印s s 應用服務器 j b o s s 是一個j a v a 開源、集成和開發(fā)基于j 2 e e 的完整服務實現。j b o s s 提 供j b o s s s e r v e r 、基本的e j b 容器及j m 】( 框架。它也為j m ) 【系統(tǒng)提供j b o s s 岫。 為j t a 事務提供j b o s s t x ，為c 髓持久化提供j b o s s c m p ，為基于j 從s 的安全性 暢紹方， ，科學出版社，2 0 0 2 1 9 2 - 1 9 8 5 對外經濟貿易大學碩士論文 提供j b o s s s x ，為j c a 提供j b o s s c x 。為支持w e b 組件，比如s e r v l e t 和j s p ， j b o s s 提供了抽象集成層。而這些抽象層的集成服務實現可以由第三方s e r v l e t 引掣提供，比如t o m c a t 和j e t t l r 。j b o s s 使得開發(fā)者能夠通過j 掀混合應用這些 組件，即借助于替換j u x 兼容的組件實現完成這些任務。同時，這些j b o s s 組件 之問甚至不會產生任何影響。因此，j a o s s 現在全部都是模塊化的 1 4 本文研究內容 本文主要從以下幾個方面對j 2 e e 應用的優(yōu)化進行研究： ( 1 ) j a v a 應用的內存管理，提出了如何防止和檢查內存泄漏問題 ( 2 ) 對e j b 的原理進行分析，對如何通過配置j b o s s 服務器提高j 2 e e 應用的 效率進行了研究。 ( 3 ) 深入研究了j 2 e e 應用的各種集群技術。 ( 4 ) 提出了基于負載檢測的負載均衡算法，并予以實現。 ( 5 ) 將多種優(yōu)化技術應用到筆者所開發(fā)的廢1 日家電回收信息管理系統(tǒng)當中 去，對優(yōu)化效果予以檢驗。 6 對外經濟貿易大學碩士論文 第二章j a v a 內存管理 內存管理話題在c 或c + + 程序設計中討論得相對較多，因為在c 與c + + 程序 中，需要開發(fā)人員自己申請并管理內存，開發(fā)人員可以申請借用系統(tǒng)內存并且 負責釋放歸還系統(tǒng)內存，如果“只借不還”的話，就會造成系統(tǒng)內存泄漏的問 題，在j a v a 程序中，這些工作由j a v a 虛擬機( s v m ) 負責處理。所有內存的申 請、分配、釋放都有由j 1 i ，l i 負責完成。因此，開發(fā)人員就省去了這部分的工作， 不過這并不意味著開發(fā)人員可以完全依賴子j 的內存管理功能，如果開發(fā)人員 在開發(fā)過程中完全不理會內存的闖題，那么你所開發(fā)的應用的性能，很可能不是 最優(yōu)的。因為無論配置多么優(yōu)良的硬件環(huán)境其自身的資源都是有限的，而內存又 是硬件環(huán)境資源中重要的一部分，因此如果說如果開發(fā)人員開發(fā)的j a v a 應用沒 能有效，合理地使用系統(tǒng)內存，那么就不可能具備較高的性能。下面對在j a v a 應用開發(fā)中的內存管理相關的技術做一些探討。 2 。1 垃圾回收 j a v a 的內存管理就是對象的分配和釋放問題。在j a v a 中，程序員需要通過 關鍵字n e w 為每個對象申請內存空間( 基本類型除外) ，所有的對象都在堆 ( h e a p ) 中分配空間。另外，對象的釋放是由垃圾回收( g a r b a g ec o l l e c t i o ng c ) 決定和執(zhí)行的在j a v a 中，內存的分配是由程序完成的，而內存的釋放是由g c 完成的，這種收支兩條線的方法確實簡化了程序員的工作。但同時，它也加重了 j v u 的工作。這也是j a v a 程序運行速度較慢的原因之一因為，g c 為了能夠正 確釋放對象，g c 必須監(jiān)控每一個對象的運行狀態(tài)，包括對象的申請、引用、被 引用、賦值等，g c 都需要進行監(jiān)控。監(jiān)視對象狀態(tài)是為了更加準確地、及時地 釋放對象，而釋放對象的根本原則就是該對象不再被引用。 垃圾回收( g a r b a g ec o l l e c t i o ng c ) 回是j a v a 程序設計中內存管理的核心 概念，j a v a 虛擬機( j v m ) 的內存管理機制被稱為垃圾回收機制。因此，掌握如 何在開發(fā)j a v a 應用時合理地管理內存，首先應該了解j a v a 虛擬機的內存管理機 制：垃圾回收機制，不了解垃圾回收具體實現機制，j a v a 程序設計中的內存管 理就無從談起。 那么在j v m 運行環(huán)境中什么樣的對象才是垃圾呢? 下面我們給出了在j v m 環(huán)境中垃圾對象的定義： 一個對象創(chuàng)建后放置在j v m 的堆內存中( h e a p ) ，當永遠不再引用這個對象 時，它將被j 在堆內存( h e a p ) 中回收。被創(chuàng)建的對象不能再生，同時也沒有辦 法通過程序語句釋放他們。 王森， ) ，麥格羅希爾國際出舨社2 0 0 1 1 0 2 - 1 0 4 7 對外經濟貿易大學碩士論文 我們也可以這樣給j v m 中的垃圾對象下定義： 當對象在3 v m 運行空間中無法通過根集合( r o o ts e t ) 到達時，這個對象就 被稱為垃圾對象。根集合是由類中的靜態(tài)引用域與本地引用域組成的。 為了更好理解g c 的工作原理，我們可以將對象考慮為有向圖的頂點，將引 用關系考慮為圖的有向邊，有向邊從引用者指向被引對象。另外，每個線程對象 可以作為一個圖的起始頂點，例如大多程序從m a i n 進程開始執(zhí)行，那么該圖就 是以m a i n 進程頂點開始的一棵根樹。在這個有向圖中，根頂點可達的對象都是 有效對象，g c 將不回收這些對象。如果某個對象( 連通予圖) 與這個根頂點不可 達( 注意，該圖為有向圖) ，那么我們認為這個( 這些) 對象不再被引用，可以被 g c 回收。 以下，我們舉一個例子說明如何用有向圖表示內存管理。對于程序的每一個 時刻，我們都有一個有向圖表示j v m 的內存分配情況。圖2 1 的右圖，就是左邊 程序運行到第6 行的示意圖。 d a s s t e ，h p u b l i cs t a t i cv o i dm 扭牮t l i n g a d o b j e c to l = n e w o b j d ； o t l j e c t0 2 _ w o 埒喲： 0 2 = e l ； 此行為筇6 行 該圖描述了第6 行的內存管理的有向圖 o 巧2 是第二次申請的對象，此時為可回收對象 圖2 1 垃圾對象的產生 資料來源；h t t p ：榔，z h u j i a n g r o a d c o m h t m l s o f t s 2 9 5 7 h t m l 在這個例子中m a i n o 函數中的o l 與0 2 是對象的引用( 指向對象的指針) ， 構成了根集合，它們存在于給m a i n 函數的堆棧中，o b j l 。o b j 2 是對象的實例， 它們創(chuàng)建于堆中。變量0 2 最初指向堆中的o h j 2 對象，當執(zhí)行0 2 = 0 1 后，0 2 就 指向了o l ，這時，從根集合出發(fā)，沒有路徑可以到達o h j 2 ，這時，o h j 2 就成了 垃圾對象，可以被回收這里有一個問題，即然o h j 2 對象已經是垃圾對象，那 么j v m 何時會對它進行回收昵? 要弄清楚這個問題，必須進一步詳細了解垃圾回 收的具體機制。 2 1 1 垃圾回收機制 首先，必須先了解一下堆內存的概念堆內存是j 管理的一種內存類型， j v m 管理的內存類型有兩種：堆內存與棧內存。堆內存是用來存放對象的實例的， 也就是說任何由n e w 方法產生的對象實例和數組，都將被放入堆中一個j v m 實例唯一對應一個堆，堆是被所有線程所共享的。棧內存是用來存儲程序代碼中 8 對外經濟貿易大學碩士論文 聲明為靜態(tài)或非靜態(tài)的方法。棧內存是屬于線程私有的，j v m 會為每個正在運行 的線程一個棧，而j 硼對棧的操作是以楨為單位進行的，楨中保存的私有變量， 操作數等 堆內存在j v m 啟動的時候被創(chuàng)建，堆內存中所存儲的對象可以被j 1 m 自動回 收，不能通過其他外部手段回收，也就是說開發(fā)人員無法通過添加相關代碼的手 段回收位于堆內存中的對象。只能由j v m 通過特定的垃圾回收機制來進行回收。 常用的垃圾回收機制有以下幾種； ( 1 ) 標記一清除收集器 這種收集器首先遍歷對象圖并標記可到達的對象，然后掃描堆棧以尋找未標 記對象并釋放它們的內存。這種收集器一般使用單線程工作并停止其他操作 ( 2 ) 標記一壓縮收集器 有時也叫標記一清除一壓縮收集器，與標記一清除收集器有相同的標記階 段在第二階段，則把標記對象復制到堆棧的新域中以便壓縮堆棧。這種收集器 也停止其他操作。 c 3 ) 復制收集器 這種收集器將堆棧分為兩個域，常稱為半空間。每次僅使用一半的空間，j v n l 生成的新對象則放在另一半空間中g c 運行時，它把可到達對象復制到另一半 空間，從而壓縮了堆棧。這種方法適用于短生存期的對象，持續(xù)復制長生存期的 對象則導致效率降低 ( 4 ) 增量收集器 增量收集器把堆棧分為多個域，每次僅從一個域收集垃圾。這會造成較小的 應用程序中斷。 ( 5 ) 分代收集器 這種收集器把堆棧分為兩個或多個域，用以存放不同壽命的對象。j v m 生成 的新對象一般放在其中的某個域中過一段時聞。繼續(xù)存在的對象將獲得使用期 并轉入更長壽命的域中。分代收集器對不同的域使用不同的算法以優(yōu)化性能。 ( 6 ) 并發(fā)收集器 并發(fā)收集器與應用程序同時運行這些收集器在某點上( 比如壓縮時) 一般 都不得不停止其他操作以完成特定的任務，但是因為其他應用程序可進行其他的 后臺操作，所以中斷其他處理的實際時問大大降低。 ( 7 ) 并行收集器 并行收集器使用某種傳統(tǒng)的算法并使用多線程并行的執(zhí)行它們的工作。在多 c p u 機器上使用多線程技術可以顯著的提高j a v a 應用程序的可擴展性。 9 對外經濟貿易大學碩士論文 2 1 2 j w 調優(yōu) 下面介紹s u nh o t s p o t l 4 1 使用分代收集器，它把堆分為三個主要區(qū)域睜； 新域，舊域以及永久域。j 生成的所有新對象放在新域中一旦對象經歷了一 定數量的垃圾收集循環(huán)后，便獲得使用期并進入舊域。在永久域中j v m 則存儲 c l a s s 和m e t h o d 對象。就配置而言，永久域是一個獨立域并且不認為是堆的一 部分 下面介紹如何控制這些域的大小?？墒褂靡粁 m s 和- x m x 控制整個堆的原始大 小或最大值。 下面的命令是把初始大小設置為1 2 8 m ： j a v a - x m s l2 8 m - x m x 2 5 6 m 為控制新域的大小，可使用- x x ：n e w r a t i o 設置新域在堆中所占 的比例。 下面的命令把整個堆設置成1 2 8 m 。新域比率設置成3 ，即新域與舊域比例 為1 ：3 ，新域為堆的1 4 或3 2 m ； j a v a - x m s l2 8 m - x m x l2 8 m 锨：n e w r a t i o = 3 可使用- x x ：n e w s i z e 和一x x ：m a x n e w s i z e 設置新域的初 始值和最大值 下面的命令把新域的初始值和最大值設置成6 4 m ： j a v a - x m s 2 5 6 m - x m x 2 5 6 m - x m n 6 4 m 永久域默認大小為4 m 。運行程序時，j v m 會調整永久域的大小以滿足需要。 每次調整時，j v m 會對堆進行次完全的垃圾收集。 默認狀態(tài)下，h o t s p o t 在新域中使用復制收集器。該域一般分為三個部分。 第一部分為e d e n ，用于生成新的對象。另兩部分稱為救助空間，所有新鉍建的 對象都在e d e n 區(qū)中分配空間，當e d e n 充滿時，j - v m 就要做可達性測試，主要 任務是檢測有哪象對象由根集合出發(fā)是不可到達的，這些對象就可以被j - v a 回 收，并把所有可到達對象復制到當前的f r o m 救助空間。一旦當前的f r o m 救助空 問充滿，j v m 則會再次做可達性測試，并把可到達對象復制到當前的t o 救助空 間。f r o m 和t o 救助空間互換角色維持活動的對象將在救助空間不斷復制，直 到它們獲得使用期并轉入舊域。使用x x ：s u r v i v o r r a t i o 可控制新域子空間的大 小 聯(lián)同n e w r a t i o n 一樣，s u r v i v o r r a t i o n 規(guī)定某救助域與e d e n 空間的比值。 比如，以下命令把新域設置成6 4 m ，e d e n 占3 2 m ，每個救助域各占1 6 m ： j a v a - x m s 2 5 6 m - x m x 2 5 6 m - x m n 6 4 m - x x ：s u r v i v o r r a t i o n = 2 默認狀態(tài)下h o t s p o t 對新域使用復制收集器，對舊域使用標記一清除一壓縮 林勝利，王坤茹，盂海利，j v 優(yōu)化編程 電子工業(yè)出版社。2 0 0 2 ，1 0 1 1 0 7 l o 對外經濟貿易大學碩士論文 收集器。在新域中使用復制收集器有很多意義，因為應用程序生成的大部分對象 是短壽命的。理想狀態(tài)下，所有過渡對象在移出e d e n 空間時將被收集。如果能 夠這樣的話，并且移出e d e n 空間的對象是長壽命的，那么理論上可以立即把它 們移進舊域，避免在救助空間反復復制。但是，應用程序不能適合這種理想狀態(tài)， 因為它們有一小部分中長壽命的對象。最好是保持這些中長壽命的對象并放在新 域中，因為復制小部分的對象總比壓縮舊域廉價。為控制新域中對象的復制，可 用x x ：t a r g e t s u r v i v o r r a t i o 控制救助空間的比例( 該值是設置救助空間的使用比 例。如救助空間為1m ，該值5 0 表示可用5 0 0 k ) 。該值是一個百分比，默認值 是5 0 。當較大的堆棧使用較低的s r u v i v o r r a t i o 時，應增加該值到8 0 至9 0 ，以 更好利用救助空間。用- x x ：m a x t e n u d n gt h r e s h o l d 可控制上限。 為防止所有的復制全部發(fā)生以及希望對象從e d e n 擴展到舊域，可以把 m a x t e n u d n gt h r e s h o l d 設置成0 。設置完成后，實際上就不再使用救助空間了， 因此應把s u r v i v o r r a t i o 設成最大值以最大化e d e n 空間，設置如下： j a v a - x x ：m a x t e n u r i n g t h r e s h o l d = 0 - x x ：s u r v i v o r r a t i o = 5 0 0 0 0 2 2 j a v a 中的內存泄漏 從上面對j a v a 垃圾回收機制的分析中可以看出，j a v a 對內存的管理完全是 由虛擬機自動管理的，不需要開發(fā)人員的人工干預，但是并不意味著垃圾回收機 制是萬能的，因為在堆中分配的對象只要還被引用，那么垃圾回收機制就不會對 它進行回收實際上，如果開發(fā)人員稍有不慎，會造成一些對象雖然不再需要， 但是對它的引用并沒有釋放，這些仍然被引用但是實際上已經不再使用的對象就 會造成內存的泄漏。下面，我們就可以描述什么是內存泄漏。在j 8 v a 中，內存 泄漏就是存在一些被分配的對象，這些對象有下面兩個特點，首先，這些對象是 可達的，即在有向圖中，存在通路可以與其相連；其次，這些對象是無用的，即 程序以后不會再使用這些對象。如果對象滿足這兩個條件，這些對象就可以判定 為j a v a 中的內存泄漏，這些對象不會被g c 所回收，然而它卻占用內存。 在c + + 中，內存泄漏的范圍更大一些有些對象被分配了內存空間，然后卻不可 達，由于c + + 中沒有g c ，這些內存將永遠收不回來在j a v a 中，這些不可達的 對象都由g c 負責回收，因此程序員不需要考慮這部分的內存泄露。 通過分析。我們得知，對于c 什，程序員需要自己管理邊和頂點，而對于j a v a 程序員只需要管理邊就可以了( 不需要管理頂點的釋放) 通過這種方式，j a v a 提高了編程的效率。 對外經濟貿易大學碩士論文 c + + 中內 存泄漏 j a v a 中內 存泄漏 圖2 2 垃圾對象示意圖 資科來源：h t t p ：f a v o d b k 2 0 0 8 c o m a b s t r a c t 1 0 0 0 0 0 1 5 7 0 p h p h t m l 因此，通過以上分析，我們知道在j a v a 中也有內存泄漏，但范圍比c + + 要 小一些。因為j a v a 從語言上保證，任何對象都是可達的，所有的不可達對象都 由g c 管理 對于程序員來說，g c 基本是透明的，不可見的。雖然，我們只有幾個函數 可以訪問g c ，例如運行g c 的函數s y s t e m g c0 ，但是根據j a v a 語言規(guī)范定義， 該函數不保證j v s 的垃圾收集器一定會執(zhí)行。因為，不同的j v m 實現者可能使用 不同的算法管理g c 通常，g c 的線程的優(yōu)先級別較低。j v u 調用g c 的策略也有 很多種，有的是內存使用到達一定程度時，g c 才開始工作，也有定時執(zhí)行的， 有的是平緩執(zhí)行g c ，有的是中斷式執(zhí)行g c 。但通常來說，我們不需要關心這些 除非在一些特定的場合，g c 的執(zhí)行影響應用程序的性能，例如對于基于w e b 的 實時系統(tǒng)，如網絡游戲等，用戶不希望g c 突然中斷應用程序執(zhí)行而進行垃圾回 收，那么我們需要調整g c 的參數，讓g c 能夠通過平緩的方式釋放內存，例如將 垃圾回收分解為一系列的小步驟執(zhí)行，s u n 提供的h o t s p o tj v m 就支持這一特性。 下面給出了一個簡單的內存泄露的倒子。在這個例子中，我們循環(huán)申請o b j e c t 對象，并將所申請的對象放入一個v e c t o r 中，如果我們僅僅釋放引用本身，那 么v e c t o r 仍然引用該對象，所以這個對象對g c 來說是不可回收的。因此，如果 對象加入到v e c t o r 后，還必須從v e c t o r 中刪除，最簡單的方法就是將v e c t o r 對象設置為n u l l 。 v e c t o rv = n e wv e c t o r ( 1 0 0 ) ： f o r ( i n ti = l ：i 1 0 0 ；i + + ) o b j e c to = n e 霄o b j e c t0 ： v a d d ( o ) ： o = n u l l ： 對外經濟貿易大學碩士論文 j 此時，所有的o b j e c t 對象都沒有被釋放，因為變量v 引用這些對象。 2 2 - 1 如何預防內存泄漏 為了提高垃圾回收的效率，在實際應用中發(fā)現，以下幾種方法可以減少或避 免j a v a 中的內存泄漏 ( 1 ) 慎用s y s t e m g c 0 在程序中顯示的調用s y s t e m g c ( ) ，這種方法并不一定保證執(zhí)行g c ，因為不 同的j w 實現者可能使用不同的算法管理g c ，有的是內存積累到一定程序的時 候執(zhí)行，有的定時執(zhí)行，有的平緩執(zhí)行，有的中斷執(zhí)行，有的可能因為當前系統(tǒng) 內存能夠滿足需要而不會執(zhí)行。另外，雖然g c 的優(yōu)先級較低，但其本身也是線 程，也消耗系統(tǒng)