Книга: Основы объектно-ориентированного программирования

Практические проблемы сборки мусора

Среда исполнения, обеспечивающая управление памятью, должна не только использовать хороший алгоритм сборки мусора, но и поддерживать несколько свойств, которые, хотя и не главные в теории управления памятью, являются существенными для практического использования среды.

Класс MEMORY

Наиболее удобный подход - представить эти свойства в виде класса, который назовем MEMORY. Класс приложения, нуждающийся в свойствах, будет наследником MEMORY.

Среди компонентов класса MEMORY будут представлены рассмотренные ранее процедуры: collection_off, collection_on, collect_now.

Механизм освобождения

Другой важной процедурой класса MEMORY является dispose (не путайте с тезкой Pascal, которая освобождает память). Она связана с важной практической проблемой, иногда называемой финалом или окончательным завершением (finalization). Если сборщик мусора утилизирует объект, связанный с внешними ресурсами, вы можете пожелать включить в его спецификацию некоторое дополнительное действие, такое как освобождение ресурсов, выполняемое параллельно с утилизацией. Типичный пример - класс FILE, экземпляр которого представляет файлы операционной системы. Желательно иметь возможность в случае утилизации недостижимого экземпляра класса FILE вызвать некоторую процедуру, закрывающую соответствующий физический файл.

Обобщая сказанное, рассмотрим процедуру dispose, выполняющую во время утилизации необходимые объекту операции. Это могут быть не только операции по освобождению ресурсов, но и любые операции, определяемые спецификацией класса.

При ручном управлении памятью проблем не возникает: достаточно включить вызов dispose до вызова reclaim. Деструктор класса в С++ включает в себя две операции dispose и reclaim. Однако при наличии сборщика мусора приложение напрямую не контролирует момент утилизации объекта, поэтому невозможно вставить dispose в нужное место.

Решение проблемы использует мощь объектной технологии и, в частности, наследование и переопределение. (Эта техника изучается в последующих лекциях, но ее применение здесь достаточно просто и понятно без детального ознакомления.) Класс MEMORY включает процедуру dispose, в теле которой никакие действия не выполняются:

dispose is
- Действия, которые следует выполнить в случае утилизации;
- по умолчанию действия отсутствуют.
- Вызывается автоматически сборщиком мусора.
do
end

Тогда любой класс, требующий специальных действий всякий раз, когда сборщик утилизирует один из его экземпляров, должен переопределить процедуру dispose так, чтобы она выполняла эти действия. Например, представим, что класс FILE имеет логический атрибут opened и процедуру close. Он может переопределить dispose следующим образом:

dispose is
- Действия, которые следует выполнить в случае утилизации:
- закрыть связанный файл, если он открыт.
- Вызывается автоматически сборщиком мусора.
do
if opened then
close
end
end

Комментарии описывают используемое правило: при утилизации объекта вызывается dispose - либо изначально пустую процедуру (что далеко не самый общий случай), либо версию, переопределенную в классе, представляющего потомка MEMORY.

Сборка мусора и внешние вызовы

Хорошо спроектированная ОО-среда со сборкой мусора должна решать еще одну практическую проблему. Во многих случаях ОО-программы взаимодействуют с программами, написанными на не ОО-языках. В следующих лекциях будет рассмотрено, как лучше обеспечить такое взаимодействие. (См. "Взаимодействие с не ОО-программой", лекцию 13)

Если ПО включает вызовы подпрограмм, написанных на других языках (называемых далее внешними программами), возможно, этим подпрограммам необходимо будет передавать ссылки на объекты. Это потенциально опасно для управления памятью. Предположим, что внешняя подпрограмма имеет следующий вид (преобразованная в соответствии с синтаксисом языка внешней программы):

r (x: SOME_TYPE) is
do
...
a := x
...
end

где a сущность, сохраняющая значение между последовательными вызовами r. Например, а может быть глобальной или статической переменной в традиционных языках, или атрибутом класса в нашей ОО-нотации. Рассмотрим вызов r(y), где y связан с некоторым объектом О1. Возможно, что через некоторое время после вызова, О1 становится недостижимым в объектной части нашей программы, но ссылка на него (от сущности a) остается во внешней программе. Сборщик мусора может - и в конце концов должен - утилизировать О1, но в данном случае это неправильно.

Для таких ситуаций необходимы процедуры, вызываемые из внешней программы, которые защитят нужный объект от сборщика. Эти процедуры могут быть названы:

adopt (a) - усыновлять
wean (a) - отнимать от груди, отлучать

и должны быть частью интерфейса любой библиотеки, обеспечивающей взаимодействие ОО-программ и внешних программ. В следующем разделе описан подобный механизм для языка С. "Усыновление" объекта забирает его из области действия механизма утилизации; "отлучение" - возвращает возможность утилизации.

Передача объектов в не ОО-языки и удерживание ссылки на них внешней программой - дело рискованное. Но избежать этого возможно не всегда. Например, ОО-проект нуждается в специальном интерфейсе между ОО-языком и имеющейся системой управления БД. В этом случае, можно разрешить внешней программе сохранять информацию об объектах. Такие низкоуровневые манипуляции никогда не должны появляться в нормальном программном продукте. Они должны содержаться в обслуживающем классе, написанном с единственной целью - скрыть детали от остальной части программы и защитить ее от возможных неприятностей.

Оглавление книги