Управление памятью Java: как сборщик мусора обрабатывает циклические ссылки

Быстрый ответ

Сборщик мусора (Garbage Collector, GC) в Java без проблем справляется с циклическими ссылками, используя алгоритм пометки и очистки и фокусируясь на достижимости каждого объекта относительно корневых объектов GC. Взглянем на простой пример с циклической ссылкой:

ObjA -> ObjB -> ObjA // Объекты A и B ссылкуются друг на друга

Независимо от сложности цепочки или взаимосвязей между объектами, если их не привязать к корневому объекту GC, их ожидает очистка сборщиком мусора.

Доступность объектов и освобождение памяти

В JVM (Java Virtual Machine) память подразделяется на поколения: Молодое и Старое. Локальные переменные и объекты, используемые в коротких вычислениях, располагаются в Молодом поколении. "Старые" и постоянные данные находятся в Старом поколении.

GC активно очищает Молодое поколение, определяя много объектов как недостижимые. В Старом поколении серьезные сборки мусора проводятся редко. Перемещение объектов между поколениями может снизить производительность, поэтому важно контролировать использование памяти, чтобы предотвратить утечки.

Избегайте утечек памяти

Утечки памяти становятся проблемой для долго работающих приложений. За утечкой могут стоять следующие ошибки:

• Статические переменные и синглтоны, которые не освобождаются;
• Кэшированные данные, время жизни которых не контролируется;
• Слушатели и функции обратного вызова, которые не корректно отписываются.

Качественный код поможет избежать проблем с утечками памяти и сделает работу GC проще.

Визуализация

Представим память как жилой район:

Дом A ↔️ Дом B
Дом B ↔️ Дом C
Дом C ↔️ Дом A

Это сообщество домов со взаимными ссылками.

Тогда Сборщик Мусора будет выглядеть вот так:

Уборочная бригада 🧹👷‍♂️⚒️🔍🗑️
Она задает вопрос:
- Есть ли к этим домам внешний интерес?

Если ответ отрицательный:
- Весь район будет удалён.

Сборщик мусора уничтожает объекты, которые не имеют связей с "внешним миром".

Обратная сторона монеты: анализ графов объектов

Трассирующий сборщик мусора работает как детектив: разбирается в графах объектов и определяет их достижимость.Так он находит объекты в цепочках, не привязанных к корневым, и отправляет их в "заказ GC", предотвращая утечки памяти.

Ход пометки и очистки

На этапе пометки GC определяет живые объекты, исходя из корневых. Затем начинается фаза очистки: память, используемая ненужными объектами, освобождается.

Для большей эффективности работы GC используются технологии вроде маркировки карт и барьеров записи.

Разбор полётов: сценарии, решения и пр.

• Многопоточность усложняет управление памятью. GC должен быть готов к таким вызовам, как Concurrent Mark-Sweep (СМS) и Garbage-First (G1).
• Некоторые JVM предоставляют инкрементный и параллельный сбор мусора, чтобы приложения оставались отзывчивыми.
• В микросервисной архитектуре экземпляры JVM должны быстро запускаться и эффективно работать. Понимание работы GC с циклическими ссылками обеспечит стабильность и масштабируемость приложений.

Суть в том, чтобы уметь управлять GC в соответствии с потребностями вашего приложения.

Полезные материалы

1. Основы сборки мусора в Java — наглядный обзор основ GC от Oracle.
2. Как работает сборщик мусора в Java с циклическими ссылками? – Stack Overflow — обсуждение циклических ссылок с примерами от пользователей Stack Overflow.
3. Понимание слабых ссылок — глубокое руководство по использованию слабых ссылок в управлении памятью.
4. Учебник | DigitalOcean — понимание работы GC на конкретных примерах.
5. G1: Сборщик мусора, который должен всеми управлять – InfoQ — обзор работы сборщика мусора G1, который умело решает проблемы с циклическими ссылками.