Java語(yǔ)言與C語(yǔ)言中垃圾回收的不同方式研究

尚中君

（天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院 天津 300350）

1 引言

在計(jì)算機(jī)體系中存在不同語(yǔ)言類(lèi)型，各類(lèi)語(yǔ)言在實(shí)際使用中都可以明顯看到其優(yōu)缺點(diǎn)，就像C語(yǔ)言和Java語(yǔ)言，各自的優(yōu)缺點(diǎn)十分明顯，兩者編程思想各異，站在編程的思路進(jìn)行分析，C語(yǔ)言更像是過(guò)程式語(yǔ)言，而Java卻不同，屬于面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，這是兩者的根本區(qū)別。正是因?yàn)榇嬖诓町愋裕詢(xún)烧咚捎玫睦厥辗绞絽^(qū)別也較大，現(xiàn)實(shí)工作中，需要結(jié)合系統(tǒng)垃圾回收動(dòng)態(tài)特征，對(duì)垃圾回收方式進(jìn)行研究，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率的大幅度提升。

2 Java語(yǔ)言中所采用的垃圾回收機(jī)制

隨著科技進(jìn)步，Java語(yǔ)言應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，屬于當(dāng)下較為流行、并且備受關(guān)注的編程語(yǔ)言，優(yōu)勢(shì)十分顯著，具有自己獨(dú)立的垃圾回收機(jī)制。事實(shí)上，從語(yǔ)言構(gòu)建原理來(lái)看，Java語(yǔ)言的形成是建立在C++語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，屬于一種改良的具有積極影響力的編程語(yǔ)言。Java語(yǔ)言在設(shè)計(jì)中不僅借鑒了C++語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，還避免了其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，多重繼承機(jī)制問(wèn)題得以解決，應(yīng)用價(jià)值更高。Java語(yǔ)言所采用的垃圾回收機(jī)制復(fù)雜度比較低，應(yīng)用較為容易，可以顯著提高運(yùn)行效率，是程序運(yùn)行的保障和前提。研究發(fā)現(xiàn)，垃圾回收器作為系統(tǒng)的重要構(gòu)成，實(shí)際上是一種先進(jìn)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配設(shè)備，功能性較為顯著，能自動(dòng)釋放程序，并且不需要已分配堆塊，可以最大限度利用內(nèi)存空間，同時(shí)也可以自行釋放內(nèi)存，以此來(lái)釋放出更多的空間。運(yùn)用該垃圾處理器，Java編程人員可以放心內(nèi)存管理問(wèn)題，因?yàn)樵谙到y(tǒng)運(yùn)行階段，垃圾收集器會(huì)按照事先輸入的指令完成相應(yīng)的任務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理以及管理，這樣的設(shè)計(jì)，會(huì)讓系統(tǒng)運(yùn)行效率更高。但值得注意的是，該垃圾回收機(jī)制并不適用于所有的條件，通常情況下，只有同時(shí)滿(mǎn)足以下條件時(shí)，該回收機(jī)制才能正常運(yùn)行，發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值和作用。一是有對(duì)象要求回收；二是系統(tǒng)需要回收。綜上所述可知，Java垃圾回收機(jī)制具有一定的先進(jìn)性，現(xiàn)實(shí)中究竟是如何操作的，還需要了解該機(jī)制的具體算法。

2.1 引用計(jì)數(shù)法

引用計(jì)數(shù)法是所有算法的基礎(chǔ)，屬于較為常見(jiàn)的算法，同時(shí)也是使用頻次較高的算法，雖然較為原始，但是應(yīng)用價(jià)值卻比較高。其主旨是通過(guò)引用計(jì)數(shù)設(shè)置，對(duì)對(duì)象進(jìn)行篩查，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，則意味著該對(duì)象可被系統(tǒng)回收。

2.2 跟蹤算法

引用計(jì)數(shù)法雖然被廣泛應(yīng)用，但是卻存在著一定缺陷，那就是無(wú)法對(duì)循環(huán)引用對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，為了解決這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，跟蹤算法被提出，這是建立在引用計(jì)數(shù)法基礎(chǔ)上的改良方法，計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)，可以彌補(bǔ)引用計(jì)數(shù)的不足。該方法理論是從根集掃描入手來(lái)科學(xué)判斷對(duì)象是否可達(dá)[1]。以此作為前提，擬定清除對(duì)象，經(jīng)過(guò)評(píng)判達(dá)標(biāo)的對(duì)象將會(huì)被保留，而沒(méi)有達(dá)標(biāo)的對(duì)象，自然要進(jìn)行清除，因?yàn)檫@樣的特性，所以該算法又被稱(chēng)為清除算法。

2.3 壓縮算法

壓縮算法屬于前文所介紹的清除算法（又叫跟蹤算法）的又一個(gè)延伸，結(jié)合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，采用跟蹤算法雖然可以彌補(bǔ)計(jì)數(shù)法的不足，但是同樣存在致命的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在清除對(duì)象后，往往會(huì)伴隨出現(xiàn)大量碎片，占據(jù)一定的空間，被清除的空間不能二次利用，導(dǎo)致垃圾回收效果不佳。為了解決上述技術(shù)難題，在跟蹤算法的基礎(chǔ)上，改良設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了壓縮算法。其原理是在清除階段，將全部對(duì)象集中到一端，這樣就會(huì)有閑置空間出現(xiàn)。另外，收集器需要對(duì)集中對(duì)象的引用情況進(jìn)行更新。

2.4 復(fù)制算法

基于壓縮算法，復(fù)制算法被研究出來(lái)。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)使用中，壓縮算法的問(wèn)題主要集中體現(xiàn)在對(duì)象引用更新之后，會(huì)伴隨出現(xiàn)冗余的句柄。為了解決這一問(wèn)題，復(fù)制算法被提出，并得到了大范圍應(yīng)用。其應(yīng)用主旨是將對(duì)象面按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，從而分割成多個(gè)空閑面，在此基礎(chǔ)上分配內(nèi)存空間，讓程序找到對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間，當(dāng)空間被填滿(mǎn)時(shí)，再借助追蹤算法，完成活動(dòng)對(duì)象掃描。在這一過(guò)程中，值得注意的是，這里指的只是掃描，并不是清除，通過(guò)結(jié)合和互換，垃圾回收效果更加顯著[2]。通過(guò)幾種算法的融合，可以將內(nèi)存空間充分釋放，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，為程序運(yùn)轉(zhuǎn)營(yíng)造最佳環(huán)境。

3 C語(yǔ)言的垃圾回收

相比于Java語(yǔ)言，C語(yǔ)言的垃圾回收有自己的特性，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在簡(jiǎn)潔緊湊上，并且數(shù)據(jù)類(lèi)型十分豐富。另外，執(zhí)行效率也比較理想，基于這樣的特征，擁有大量愛(ài)好者。在業(yè)界都說(shuō)，精通C語(yǔ)言，就相當(dāng)于徹底掌握了編程。那么問(wèn)題來(lái)了，C語(yǔ)言是如何高效處理垃圾回收的呢?這一問(wèn)題的答案就在于C語(yǔ)言使用了free()函數(shù)，并配有垃圾收集器，在兩者的綜合作用下，可以出色完成垃圾回收任務(wù)[3]。接下來(lái)我們將重點(diǎn)探討C語(yǔ)言垃圾回收是如何工作的。眾所周知，C語(yǔ)言可以允許垃圾回收系統(tǒng)存在，如前文所說(shuō)，可以顯示分配堆塊。C語(yǔ)言程序中想要實(shí)現(xiàn)垃圾回收，就要配合使free0函數(shù)，主要目的是要想方設(shè)法將垃圾堆塊放回到對(duì)應(yīng)的空閑鏈表中，這是進(jìn)行垃圾回收的關(guān)鍵。基于此，如果C語(yǔ)言程序不借助free()函數(shù)，只是單純依靠垃圾收集器，是很難完成相關(guān)任務(wù)的，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的全部釋放。C語(yǔ)言所采用的垃圾回收器，從某種角度上來(lái)說(shuō)，更像是垃圾回收器，如果系統(tǒng)內(nèi)存被占滿(mǎn)時(shí)，將會(huì)造成系統(tǒng)的癱瘓，系統(tǒng)將無(wú)法高效、平穩(wěn)運(yùn)行下去。垃圾回收原理見(jiàn)圖1。

圖1 C語(yǔ)言的垃圾回收

從圖1中我們可以看出，C語(yǔ)言的垃圾回收和Java語(yǔ)言是存在明顯區(qū)別，C語(yǔ)言的垃圾回收從某種角度進(jìn)行分析更像獨(dú)立線(xiàn)程。C語(yǔ)言垃圾回收方式較為獨(dú)特，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，可以在保障系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時(shí)，有效進(jìn)行垃圾回收，從而提升垃圾回收質(zhì)量。現(xiàn)實(shí)工作中，采用該方法無(wú)論何時(shí)需要內(nèi)存空間，都可以滿(mǎn)足應(yīng)用程序的要求，系統(tǒng)會(huì)將垃圾塊第一時(shí)間識(shí)別出來(lái)，最終返回給堆塊。結(jié)合實(shí)踐表明，該方法可以達(dá)到理想的垃圾回收效果，這里的關(guān)鍵在于，應(yīng)用階段垃圾收集器相當(dāng)于具備了應(yīng)用程序的功能，可以準(zhǔn)確去調(diào)用free()函數(shù)，垃圾回收程序更加簡(jiǎn)化，當(dāng)調(diào)用返回時(shí)，就可以清晰發(fā)現(xiàn)空閑塊，最終完成整個(gè)垃圾回收過(guò)程。如果操作失敗，該垃圾處理裝置會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出求助信號(hào)，申請(qǐng)額外的存儲(chǔ)器。假設(shè)求助后還是沒(méi)有成功，將會(huì)繼續(xù)求助，直到成功為止。綜上可知，C語(yǔ)言的垃圾回收與Java垃圾回收機(jī)制存在較大的不同，采用的是不同垃圾回收方式，現(xiàn)實(shí)工作中，只有掌握不同垃圾回收方式的區(qū)別，才能更好運(yùn)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，確保系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著科技的進(jìn)步，關(guān)于系統(tǒng)垃圾回收的研究越來(lái)越多，結(jié)合研究結(jié)果表明，不同語(yǔ)言所采用的垃圾回收方式是存在明顯區(qū)別的，不同之處較多，但是不管什么語(yǔ)言，都要想辦法進(jìn)行高質(zhì)量的垃圾回收，這對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量有著重要作用。基于此，在現(xiàn)實(shí)編程工作中，需要從不同語(yǔ)言垃圾回收方式入手，運(yùn)用相關(guān)內(nèi)存釋放函數(shù)，確保內(nèi)存空間可以得到高效、合理利用，在內(nèi)存占用結(jié)束后，能夠主動(dòng)完成釋放內(nèi)存的操作。