垃圾收集机制(Garbage Collection)批判——C++

[myan]

垃圾收集机制(Garbage Collection)批判

在Java版发表这篇文章，似乎有点把矛头指向Java了。其实不是，GC是所有新一代语言共有的特征，
Python, Eiffel，C#，Roby等无一例外地都使用了GC机制。但既然Java中的GC最为著名，所以天塌
下来自然应该抗着。

这篇短文源于comp.lang.java.programmer跟comp.lang.c++上发生的一场大辩论，支持C++和Java
的两派不同势力展开了新世纪第一场冲突，跟贴发言超过350，两派都有名角压阵。C++阵营的擂主是
Pete Becker，ACM会员，Dinkumware Ltd. 的技术副总监。此君精通C++和Java，开发过两种语言的
核心类库，但是却对C++狂热之极，而对于Java颇不以为然。平时谈到Java的时候还好，一旦有人胆
敢用Java来批判C++，立刻忍不住火爆脾气跳将出来，以坚韧不拔的毅力和大无畏精神与对手周旋，
舌战群儒，哪怕只剩下一个人也要血战到底。这等奇人当真少见！我真奇怪他整天泡在usenet上，
不用工作么？他的老板P.J. Plauger如此宽宏大量？Java阵营主角是一个网名Razzi的兄弟，另外有
Sun公司大名鼎鼎的Peter van der Linden助阵，妙语连珠，寸土必争，加上人多势众，一度占据优势。
C++阵营里大拿虽然很多，但是大多数没有Pete那么多闲工夫，例如Greg Comeau，Comeau公司老板，
每次来个只言片语，实在帮不了Pete多大忙。但是自从C++阵营中冒出一个无名小子，网名Courage(勇气)，
发动对Java GC机制的批判，形势为之一变。C++阵营眼下处于全攻之势，Java阵营疲于防守，只能
招架说：“你们没有证据，没有统计资料”，形势很被动。

垃圾收集(GC)不是一直被Java fans用来炫耀，引以为傲的优点么？怎么成了弱点了？我大惑不解，定睛
一看，才觉得此中颇有道理。

首先，Java Swing库存在大量资源泄漏问题，这一点SUN非常清楚，称之为bugs，正在极力修正。但是看来
这里的问题恐怕不仅是库编写者的疏忽，可能根源在于深层的机制，未必能够轻易解决，搞不好要伤筋动骨。
不过这个问题不是那么根本，C++阵营觉得如果抓住对方的弱点攻击，就算是占了上风也没什么说服力。谁
没有缺点呢？于是反其道而行之，猛烈攻击Java阵营觉得最得意的东西，Java的GC机制本身。

首先来想一想，memory leak到底意味着什么。在C++中，new出来的对象没有delete，这就导致了memory
leak。但是C++早就有了克服这一问题的办法——smart pointer。通过使用标准库里设计精致的auto_ptr
以及各种STL容器，还有例如boost库(差不多是个准标准库了)中的四个smart pointers，C++程序员只要
花上一个星期的时间学习最新的资料，就可以拍着胸脯说：“我写的程序没有memory leak!”。

相比之下，Java似乎更优秀，因为从一开始你就不用考虑什么特殊的机制，大胆地往前new，自有GC替你
收拾残局。Java的GC实际上是JVM中的一个独立线程，采用不同的算法策略来收集heap中那些不再有
reference指向的垃圾对象所占用的内存。但是，通常情况下，GC线程的优先级比较低，只有在当前程序
空闲的时候才会被调度，收集垃圾。当然，如果JVM感到内存紧张了，JVM会主动调用GC来收集垃圾，获取
更多的内存。请注意，Java的GC工作的时机是：1. 当前程序不忙，有空闲时间。2. 空闲内存不足。
现在我们考虑一种常见的情况，程序在紧张运行之中，没哟空闲时间给GC来运行，同时机器内存很大，
JVM也没有感到内存不足，结果是什么？对了，GC形同虚设，得不到调用。于是，内存被不断吞噬，而那些
早已经用不着的垃圾对象仍在在宝贵的内存里睡大觉。例如：

class BadGc {

public void job1() {
String garbage = "I am a garbage, and just sleeping in your precious memory, " +
"how do you think you can deal with me? Daydreaming! HAHA!!!";
....
}

public void job2() {...}

...
...

public void job1000() {...}

public static void main(String[] args) {
bgc = new BadGc();
bgc.job1();
bgc.job2();
...
bgc.job1000();
}
}

运行中，虽然garbage对象在离开job1()之后，就再也没有用了。但是因为程序忙，内存还够用，所以GC得
不到调度，garbage始终不会被回收，直到程序运行到bgc.job1000()时还躺在内存里嘲笑你。没辙吧！

好了，我承认这段程序很傻。但是你不要以为这只是理论上的假设，恰恰相反，大多数实用中的Java程序都有
类似的效应。这就是为什么Java程序狂耗内存，而且好像给它多少内存吃都不够。你花上大笔的银子把内存
从128升到256，再升到512，结果是，一旦执行复杂任务，内存还是被轻易填满，而且多出来的这些内存只是
用来装垃圾，GC还是不给面子地千呼万唤不出来。等到你的内存终于心力交瘁，GC才姗姗来迟，收拾残局。而
且GC工作的方式也很不好评价，一种方法是一旦有机会回收内存，就把所有的垃圾都回收。你可以想象，这要
花很长时间(几百M的垃圾啊！)，如果你这时侯正在压下开炮的按钮，GC却叫了暂定，好了，你等死吧！另一
种方法，得到机会之后，回收一些内存，让JVM感到内存不那么紧张时就收手。结果呢，内存里始终有大批垃
圾，程序始终在半死不活的荡着。最后，GC可以每隔一段时间就运行一次，每次只回收一部分垃圾，这是现在
大部分JVM的方式，结果是内存也浪费了，还动不动暂停几百毫秒。难啊！

反过来看看C++利用smart pointer达成的效果，一旦某对象不再被引用，系统刻不容缓，立刻回收内存。这
通常发生在关键任务完成后的清理(cleanup)时期，不会影响关键任务的实时性，同时，内存里所有的对象
都是有用的，绝对没有垃圾空占内存。怎么样？传统、朴素的C++是不是更胜一筹？

据统计，目前的Java程序运行期间占用的内存通常为对应C++程序的4-20倍。除了其它的原因，上面所说的是一个
非常主要的因素。我们对memory leak如此愤恨，不就是因为它导致大量的内存垃圾得不到清除吗？如果有了
GC之后，垃圾比以前还来势汹汹，那么GC又有什么好处呢？

当然，C++的smart pointer现在会使用的人不多，所以现在的C++程序普遍存在更严重的memory leak问题。
但是，如果我奶奶跟舒马赫比赛车输掉了，你能够埋怨那辆车子么？

[vcbear]

忍不住说一句： 有点道理。
我学Java,我爱C++。

[luxes]

有道理，有见地

[babysloth]

孟哥您可吓了我一跳，这名字我以为是JAVA的来吹嘘GC的，呵呵。我随便说两句了。

想只new不delete，C++也做得到，除了auto_ptr这类的smart pointer，还有就是
Borland的VCL类库。虽然VCL是Object Pascal写的，思路是一样，很多Object有个
Owner，当Owner析构的时候就把所有以它owner的全析构了，成了一个嵌套结构，当
然最顶层的就得您自己动手来delete了。这个熟悉VCL的朋友最清楚了，比如在Form
上放了一个Button，当Form析构时Button一起也升天了，不过有的类就不行。

关于JAVA的垃圾回收机制，除了SUN的广告词，我感觉真是些垃圾。如果这个再做好一
点，再加上template，我都找不到不用JAVA的理由啦，呵呵。关于JAVA这方面，大家
可以看看http://flyland.home.chinaren.com/cpj/CPJ_guide.htm的定量分析。这
位作者还说到：

----众所周知Java的缺憾在于效率低。解释执行的方式使人误认为Java不能用于科学计
算。然而恰恰相反，有了JIT，用Java编写的纯计算的软件可以以C++的效率运行。Java
的慢却在于面向对象的计算。对象的产生、回收，对象成员的引用到方法的调用，都惊人
的消耗着系统资源。以对象的产生为例，每个Java对象都采用动态内存分配，它是Java
除解释执行以外，引起效率低下的另一个主要原因。全面采用动态内存分配会极度降低内
存利用率，同时每次new操作都要运行一次内存匹配算法，消耗CPU时间。因此在JIT普遍
应用，甚至某些Java编译器能直接产生机器代码的今天，Java的优化能力相当有限。

[myan]

我只不过总结了大辩论中C++一方的观点，肯定片面。大家尽可以批评。

另外，利用C++的numeric工具类和POOMA/Blitz等准标准类库，你的数学运算
速度可以做到天下第一——超越Fortran.

[yoci]

smart pointer和处理内存泄漏有什么关系？
有谁能讲解一下？

[ed9er]

what a passional guy :)

gc实际上不是避免了memory leak，只不过是java这个platform内的memory leak(memory blast?)，jvm替程序员擦屁股了

效率我倒无所谓，机器会更快，内存会更大，alloc的算法可以针对性的优化，等等

但没有明确的destructor让我很讨厌

[ed9er]

gc运行的时机也可以进行改进，至少可以把内存浪费等等问题控制在一定范围内，这也应该是不用考虑delete从而需要付出的一点代价，这不是顽疾

[liu_feng_fly]

看来没学java是对了