Java 垃圾收集 - 它有什么作用？

Question

我的 Java 老师（高中课程）正在谈论循环，她说如果你有一个 for 循环，例如：

for (int i = 0; i < max; i++) {
    //something
}

你不能在循环之外使用变量 i因为垃圾收集功能会删除它，因为它感觉到它是“不需要的”（我知道作用域，这是废话，因为所有语言都会发生同样的事情，而 C++ 甚至没有垃圾收集）。现在的问题是……垃圾收集实际上是做什么的？ （我查了一下，它与我还不知道的堆有关，所以有人向我解释一下）

谢谢

Answer 1

（我知道作用域，这是废话，因为所有语言都会发生同样的事情，而 C++ 甚至没有垃圾回收）。

正确的。由于作用域的原因，变量 i 不能在循环外部使用 - 它与 GC 没有任何关系（在潜在对象之外）可达能力）。

现在的问题是...垃圾收集实际上是做什么的？ （我查了一下，它与我还不知道的堆有关，所以有人向我解释一下）

垃圾收集器负责回收不再存在的对象 强可达。尽管变量可以保持对象强可达性，但垃圾收集器与变量没有任何关系。 （此外，原始值，例如 int 不是对象，因此永远不会被 GC 处理；-）

我建议通读 《Java 虚拟机内部》第 9 章：
垃圾收集和垃圾收集的真相 因为我相信他们会提供足够的答案/见解和理由。 （垃圾收集 wikipedia 条目 也是一个很好的开始，很好地总结了 GC一般而言。）

来自“真相”：

当不再存在对其的强引用时，对象将进入不可访问状态[不可强可达]。 当一个对象无法访问时，它就是一个收集的候选对象。请注意措辞：仅仅因为一个对象是收集的候选对象并不意味着它会立即被收集。 JVM 可以自由地延迟收集，直到对象立即需要消耗内存为止。

快乐编码。

Answer 2

您老师的示例不是很好，因为 i 可能存储在堆栈中，因为它是原语。一个更好的例子是：

public String helloWorld() {
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    builder.append("Hello");
    builder.append(" ");
    builder.append("World!");
    return builder.toString();
}

在函数的第一行，我们分配一个新对象（new StringBuilder()）。 在堆中分配一些内存，稍后需要释放这些内存。在 C++ 中，您可以在最后执行 delete builder 来处理该问题（或在堆栈上分配它 - 但您不能在 Java 中执行此操作，所以我认为这是一个合理的示例）。

垃圾收集是一种替代方法，在函数结束时 builder 不会发生任何事情。相反，一个称为垃圾收集器的进程会定期运行，检查哪些对象正在使用或未使用，并清除任何未使用的对象。在我给出的示例中，垃圾收集器将运行，注意到无法再访问 builder，然后将其删除。

Java 的默认垃圾收集器执行称为“标记和清除”的操作，它基本上遍历它可以访问的所有变量并标记它们（设置一些标志）。然后它会删除所有未标记的内容。

我认为在更低的层面上，它实际上所做的是将所有可访问的内容移动到新的内存位置，并删除旧内存位置中的所有内容（因为仍然无法访问任何内容）。

一种更简单的垃圾收集方法称为“引用计数”，其中动态分配的所有内容都有一个引用计数——告诉程序有多少变量指向该内存位置。如果引用计数达到 0，则表明没有人正在使用该内存，并且可以立即释放该内存。上次我检查时，标准 Python 解释器（CPython）使用了它。

引用计数的问题在于您可能会出现循环：

class Node {
    Node next;
}

public void breakReferenceCountingAlgorithm() {
    Node a = new Node();
    Node b = new Node();
    a.next = b;
    b.next = a;
}

在此函数末尾，a 和 b 都被引用一次（彼此），但它们不可访问。无论如何，Java 都会捕捉到这一点并对它们进行垃圾收集。 Python 不会。

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另一方面，您不能在给出的循环之外使用 i 的原因是范围界定，而不是垃圾收集。在函数内部，i 的内存可能仍然可用，只是编译器不允许您访问它。主要是这样你可以这样做：

for(int i = 0; i < 100; i++) {
    System.out.println("stuff");
}

// This i is a different variable
for(int i = 0; i < 100; i++) {
    System.out.println("more stuff");
}