Java語言與C語言中垃圾回收的不同方式研究

摘 要：計算機中的各項語言都具備特有的優缺點，其中Java語言屬于對象語言的范疇，而C語言屬于過程式語言。本文結合Java語言和C語言垃圾回收動態存儲的基本特征，對它們不同的垃圾回收的方式進行探究，明確Java語言回收和操作的機制，掌握C語言中產生垃圾的原因、回收的原理以及具體方式。

關鍵詞：Java語言;C語言;垃圾回收

引言：隨著信息技術的高速發展，為了進一步提升計算機設備的運行速率，及時清除垃圾信息，擴大系統的存儲量，編程人員應該合理地應用編程語言。垃圾回收技術具有較強的使用價值，能在特定的算法中對資源進行回收。不同的編程語言具有不同的垃圾回收模式，比如Java語言和C語言這兩者間就存在一定差異。

一、Java語言中垃圾回收的方式

（一）垃圾回收方式

在Java語言可以使用垃圾回收器進行垃圾處理，它的指針具有嚴格的構建和應用制度。Java語言是C++語言的進一步優化，它內部結構更加地簡化，摒棄多重繼承體制中的要素。對垃圾回收器和垃圾收集進行簡單的探究?；厥掌鞑捎脛討B化運作的模式，可以自動解放內存塊，并對其進行壓縮。它是一個低層次的運行線，程序員的控制對它的運行情況沒有明顯的影響。垃圾收集是一種自動性操作，只能回收那些不被程序占用的部分。它只能在有需求的情況下進行。

（二）操作機制

第一，跟蹤算法。這種算法的操作為以根部為出發點對系統進行全方位的掃描和內存塊識別，判斷其是否處于可達狀態，如果發生環形引用的情況，數據的計數的數值一直無法達到0，這樣垃圾就不能被回收。在這種情況下，跟蹤算法能對指針指向的內存塊進行標記，及時清除可以釋放的區塊，實現回收垃圾的目的。第二，復制算法。在最初的階段，把堆分為一個對象面和多個空閑面，程序在運行中占據對象面的空間。利用這種方法可以把對象面的內容復制到空閑面，及時程序的空間處于充滿的狀態也能進行復制。這樣就能實現面與面的互換，但是不能對垃圾進行回收[1]。復制算法在壓縮問題中能發揮重要的作用，通過互換的模式，釋放對象面的空間。

第三，分代算法。它是復制算法的進一步優化，能提升操作的效率，避免程序暫停時間過長的問題。分代算法在大部分程序中都能夠有效地應用，能把堆分為多個組別。之后利用垃圾收集器把需要處理的內存塊轉移到最高級別的子堆中，從而提升操作的效率。第四，引用計數算法。在內存塊原有的基礎上新配置一個引用計數，只要這新內存塊被原有內存塊和外面的指針引用時，它的計數就增加一個數值。反之釋放一個，數值就會減少一個。直到引用計數為0時，就可以對這個內存塊進行回收。第五，壓縮算法。對所有內存塊移到堆中進行處理，把原來的區域變成空閑的位置，并及時進行更新。第六，自適應算法。它需要根據實際的情況，選用對應的模式進行垃圾處理操作。

二、C語言中垃圾回收的方式

C語言能夠與操作系統進行直接地交互，不具備運行時庫。因為運行時庫能夠對內存進行壓縮，減少堆棧占據的空間。所以C語言要想壓縮空間就需要編程人員進行直接操作。

（一）垃圾產生的原因

在C語言中，主要有三種內存分配的模式。第一，在棧上構建局部變量。比如，void func（int p1， int p2， int p3）{int a = p1;int b =p2;int c =p3}。第二，靜態區域分配。比如，void swipe（int** p）{int temp=999;*p=&temp;}。第三，動態區域分配。在進行分配時，通過calloc進行申請，在free的作用下進行釋放。這種方法相對與其它兩種模式更加方便，能夠在大型程序編寫中發揮重要的內存分配作用。但是它存在一定的使用風險，即通過calloc進行申請時，其中的動態內存主要由另外的函數進行使用，程序員在操作中經常用free進行內存釋放，這就導致這部分內容一直處于被分配的情況，增強系統內部不足問題發生的概率。此外在這種模式下，無法判定內存泄露的具體位置。C語言中的這些內存塊就是垃圾，在操作中需要應用垃圾收集器，它具動態存儲的功能，能把垃圾回收到空閑鏈接中。

（二）回收的原理

C語言垃圾回收的歷史最早起源于上世紀60年代的Lisp語言，這項語言主要依靠動態分配進行運作在，語言都在堆上進行分配。程序員需要掌握一種模式能對其進行動態監管，這樣才能實現釋放內存的目的，所以垃圾回收技術應運而生。C語言的垃圾回收模塊有三個運行要求：不存在內存泄露的問題、可以及時回收沒有使用的內存、可以對內部進行整理和縮減。在程序中已經分配的內存都有明確的指向，如果某一塊內存不存在指向，這種情況就被稱為內存泄露，即處于不可達的狀態。當程序處于任意狀態時，靜態數據段、程序棧以及寄存器中指針的集合體被稱為根集?？蛇_主要以根集為指引，能找到指向它的指針，反之就是不可達[2]。

垃圾回收器在運行時先以根集為基礎，根據指針所指的方向進行掃描，當找到可以存儲的空間后先進行標記。其次對整個內存進行掃描，再次進行標記操作。最后在完成掃描工作后，需要對所有的內存塊進行探究，如果有的內部塊沒有被標記，說明它在鏈表中沒有發揮作用，可以進行收回。

（三）垃圾回收方式

現階段，C語言中垃圾處理的主要模式為：標記清除法以及引用計數法。第一，標記清除法。這種清除模式起源于Lisp語言，主要分為兩個操作階段：空間標記和垃圾清除。在進行空間標記時，利用垃圾回收器對每個內存塊進行掃描，標記引用的區域。在完成整體掃描之后，要對內存集中的所有內存進行探究，回收沒有標記的內存塊。應用標記清除法的關鍵點在于應該準確標記被引用的內存塊。在進行垃圾清除時，被標記的對象對稱為可達對象，沒有被標記的就是不可達，即需要清除的垃圾。這時就需要按照次序釋放內存塊中的內存，對所有沒有標記的進行清除。第二，引用計數法。在內存塊原有的基礎上新配置一個引用計數，只要這新內存塊被原有內存塊和外面的指針引用時，它的計數就增加一個數值，如果指針對其進行釋放，它的計數就減少一個數值。當它的計數數值為0時，就需要清除這個內存塊對其中的存儲空間進行重新利用。當這種方法需要配置兩個函數時，可以同時進行增加和減少計數的操作，數值為0時進行內存釋放。

引用計數法在應用時不會干擾程序的運行，并且具有較好的局部性。但是存在環形引用的情況，并且在釋放存儲空間時，需要計算引用的數值。標記清除法不涉及環形引用的問題，并且引用計數的效率較高。但是在操作中需要暫停程序，存在一定的時間損耗。

結論：綜上所述，Java語言和C語言它們具有不同的垃圾回收模式，但是無論在哪一種語言中，垃圾處理工作都發揮著不可或缺的作用。所以在進行編程學習時，特別是在入門的階段更需要培養釋放函數的習慣，保障每次使用后都能釋放內存，這樣既能提升空間的利用率，又能保障系統的運轉效果。

參考文獻：

[1]楊明.C語言與匯編語言相結合實現STM32F107單片機復位方法研究[J].建井技術，2020，41（01）：44-46.

[2]沈逸飛，任春龍，胡云飛，等.淺析C語言、Java、Python的數組合并方法[J].電腦知識與技術，2020，16（03）：78-82.

作者簡介：

胡宇濤，男，民族：漢，出生年月1999-03-20，籍貫：湖南郴州， 學歷：本科，研究方向：軟件工程（java、前端、C語言）

（南華大學船山學院? 湖南 衡陽 421001）