Java 垃圾回收機制淺析：從基礎概念到引用類型

重讀 James Gosling 的《Java 程式設計語言》後，整理了一些關於 Java 垃圾回收（Garbage Collection，GC）的筆記，這裡與大家分享核心觀念。

一、垃圾回收基本原理

在 Java 中，物件透過 new 關鍵字建立於堆疊，但沒有對應的 delete 操作來手動釋放記憶體。當我們不再需要某個物件時，只需消除對它的引用，具體方式有三種：

• 將引用指向其他物件
• 將引用設為 null
• 離開方法作用域，導致區域變數消失

核心規則： 當程式碼無法再以任何路徑觸達某個物件時，該物件佔用的空間即符合回收資格。

GC 的最大優勢在於消除「懸空引用」問題。在允許手動管理記憶體的語言中，若物件被釋放後仍有引用指向它，便會產生 dangling reference。Java 的自動回收機制從根本上避免了這類錯誤。

常見 GC 演算法模型

• 引用計數法： 簡單但無法處理循環引用。
• 標記-清除： 先標記所有可觸達物件，再清除未標記者。這是現代 JVM 的基礎模型。

二、finalize 方法與覆寫注意事項

finalize() 會在 GC 確定物件不可觸達、準備回收記憶體前被呼叫。重點如下：

• 用於釋放非記憶體資源（如檔案控制代碼、網路連線）。
• 每個物件最多只會被呼叫一次；即使在 finalize 中讓物件「復活」，後續再變不可觸達也不會再次觸發。
• 呼叫時機不確定，甚至可能永遠不被呼叫（如 JVM 關閉時）。

覆寫 finalize 的最佳實踐

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
    try {
        // 釋放自身持有的非記憶體資源
    } finally {
        super.finalize(); // 確保父類清理邏輯執行
    }
}

注意：super.finalize() 建議放在 finally 區塊，保證執行。此外，物件被標記為垃圾時，它引用的其他物件可能已先被回收，狀態不可預期，因此 finalize 中不應依賴其他物件的狀態。

三、與 GC 互動的核心類別與方法

主要透過 Runtime.getRuntime() 或 System 類別：

• gc()：建議執行垃圾回收
• runFinalization()：建議執行待處理的 finalize 方法
• freeMemory()、totalMemory()、maxMemory()：記憶體資訊查詢

System.gc() 與 System.runFinalization() 內部會委派給 Runtime 實例對應方法。

四、可觸達性狀態與引用類型

物件只有在「無任何引用指向」時才會被視為垃圾。但有時希望在仍有引用存在的情況下讓物件可被回收，這時需用到 java.lang.ref 套件下的引用物件。

引用強度與可觸達性層級

Reference 類別常用方法

• get()：取得被引用物件（虛引用除外）
• clear()：手動清除引用
• enqueue() / isEnqueued()：佇列操作

理解這四種引用強度，能讓我們在快取、資源管理等場景更精準地控制物件生命週期，充分發揮 GC 的彈性。