Java 的for语句实现防止垃圾回收。

更新 2017年11月21日: JDK中的错误已经修复，请参考Vicente Romero的评论

概述：

如果对于任何Iterable实现使用for语句，那么该集合将保留在堆内存中直到当前范围（方法、语句体）的结尾，并且即使您没有对集合进行任何其他引用，当应用程序需要分配新内存时也不会被垃圾收集。

http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=JDK-8175883

https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8175883

示例：

如果我有下面这段代码，它会分配一个带有随机内容的大字符串列表：

import java.util.ArrayList;
public class IteratorAndGc {
    // number of strings and the size of every string
    static final int N = 7500;
    public static void main(String[] args) {
        System.gc();
        gcInMethod();
        System.gc();
        showMemoryUsage("GC after the method body");
        ArrayList strings2 = generateLargeStringsArray(N);
        showMemoryUsage("Third allocation outside the method is always successful");
    }
    // main testable method
    public static void gcInMethod() {
        showMemoryUsage("Before first memory allocating");
        ArrayList strings = generateLargeStringsArray(N);
        showMemoryUsage("After first memory allocation");
        // this is only one difference - after the iterator created, memory won't be collected till end of this function
        for (String string : strings);
        showMemoryUsage("After iteration");
        strings = null; // discard the reference to the array
        // one says this doesn't guarantee garbage collection,
        // Oracle says "the Java Virtual Machine has made a best effort to reclaim space from all discarded objects".
        // but no matter - the program behavior remains the same with or without this line. You may skip it and test.
        System.gc();
        showMemoryUsage("After force GC in the method body");
        try {
            System.out.println("Try to allocate memory in the method body again:");
            ArrayList strings2 = generateLargeStringsArray(N);
            showMemoryUsage("After secondary memory allocation");
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            showMemoryUsage("!!!! Out of memory error !!!!");
            System.out.println();
        }
    }
    // function to allocate and return a reference to a lot of memory
    private static ArrayList generateLargeStringsArray(int N) {
        ArrayList strings = new ArrayList<>(N);
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder(N);
            for (int j = 0; j < N; j++) {
                sb.append((char)Math.round(Math.random() * 0xFFFF));
            }
            strings.add(sb.toString());
        }
        return strings;
    }
    // helper method to display current memory status
    public static void showMemoryUsage(String action) {
        long free = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        long used = total - free;
        System.out.printf("\t%40s: %10dk of max %10dk%n", action, used / 1024, max / 1024);
    }
}

使用有限的内存编译和运行，例如（180MB）：

javac IteratorAndGc.java   &&   java -Xms180m -Xmx180m IteratorAndGc

并且在运行时我得到了以下结果：

在第一次内存分配之前：1251k of max 176640k

第一次内存分配之后：131426k of max 176640k

迭代结束之后：131426k of max 176640k

在方法体中的强制垃圾回收之后：110682k of max 176640k（几乎没有回收）

再次尝试在方法体中分配内存：

     !!!! Out of memory error !!!!:     168948k of max     176640k

方法体之后的垃圾回收：459k of max 176640k（Garbage被收集了！）

方法外的第三次分配始终成功：117740k of max 163840k

在gcInMethod()函数内部，我尝试分配一个列表，对它进行迭代，丢弃对该列表的引用，（可选地）强制进行垃圾回收，并再次分配相似的列表。但由于内存不足，我无法分配第二个数组。

同时，在函数体外部，我可以成功地强制进行垃圾回收（可选），并再次分配相同的数组大小！

为了避免函数体内的OutOfMemoryError，只需删除或注释掉这一行：

for (String string : strings); <--这是罪魁祸首！！！

然后输出就会像这样：

在第一个内存分配之前：1251k最大176640k

第一次内存分配后：131409k最大176640k

迭代后：131409k最大176640k

在方法体内部强制GC后：497k最大176640k（垃圾被收集！）

尝试在方法体内部再次分配内存：

在二次内存分配后：115541k最大163840k

在方法体后GC：493k最大163840k（垃圾被收集！）

方法外的第三次分配总是成功的：121300k最大163840k

因此，在迭代丢弃strings的引用后，成功收集垃圾，并在函数体内部分配第二次（）和第三次分配（方法外）。

我的假设：

加利福尼亚州语法结构被编译为

Iterator iter = strings.iterator();
while(iter.hasNext()){
    iter.next()
}

（我通过反编译 javap -c IteratorAndGc.class 进行了检查）

而且看起来这个 iter 引用一直在作用域中，直到结束。您无法访问引用以将其置为空值，GC 也无法执行收集。

也许这是正常行为（甚至可能在 javac 中指定），但我认为，如果编译器创建了一些实例，它应该在使用后将它们弹出作用域。

这就是我期望实现 for 语句的方式：

Iterator iter = strings.iterator();
while(iter.hasNext()){
    iter.next()
}
iter = null; // <--- flush the water!

使用的 Java 编译器和运行时版本：

javac 1.8.0_111
java version "1.8.0_111"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_111-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.111-b14, mixed mode)

注：

• 问题并不涉及编程风格、最佳实践、约定等等，它关注的是 Java 平台的效率。
• 问题不涉及 System.gc() 的行为（您可以从示例中删除所有 gc 调用）- 在第二个字符串分配期间，JVM 必须释放已丢弃的内存。

测试 Java 类的参考，在线编译器进行测试（但此资源只有 50 MB 的堆，因此请使用 N = 5000）