Java 10：增强的for循环字节码生成

Question

以下示例描述了生成以下代码行的过程，直到Java 9。

List data = new ArrayList<>();for (String b : data); 

public class Test

{
  public Test() {}
  public static void main(String[] paramArrayOfString) throws IOException {
    ArrayList localArrayList = new ArrayList();
    String str;
    for (Iterator localIterator = localArrayList.iterator(); localIterator.hasNext(); str = (String)localIterator.next()) {}
}

在Java 10中，迭代器变量在for循环外声明，并在操作结束后立即初始化为null值，因此GC可以清除未使用的内存。

{
    Iterator iterator = data.iterator();
    for (; iterator.hasNext();) 
    {
        String b = (String)iterator.next();
    }
    b = null;
    iterator = null;
}

明确设置引用为空怎么比引用在for循环结束时超出范围更好呢？

来源：https://dzone.com/articles/features-in-java-10 另外，评论中添加链接：https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8192858

- user9584853

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这里的字节码在哪里？ - Oliver Charlesworth

“在Java 10中，迭代器变量在for循环外声明，并在操作结束后立即初始化为null值。” - 谁说的？请提供此信息的参考。更好的是，请指出在JLS增强型for循环部分中指定的位置：https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se10/html/jls-14.html#jls-14.14.2 - Erwin Bolwidt

我找到了这个链接：https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8192858 - d.j.brown

@d.j.brown 找到了不错的东西。看起来这是一个相当丑陋、不一致的 hack。增强型 for 循环有什么特别之处，使得它需要与任何局部变量（比如在普通的 for 循环、块级作用域变量等中声明的变量）不同地处理呢？对于编写小而专一的方法（像应该做的那样），这只会降低性能（虽然只是稍微降低）。 - Erwin Bolwidt

@ErwinBolwidt，好处在于这个“相当丑陋的不一致性hack”已经不存在了。我认为，没有人注意到这一点，说明这个修复程序有多么“重要”。 - Holger

Answer 1

编辑：已经有一个相关的问题：Java "for" statement implementation prevents garbage collecting，提供了更多信息。

阅读了错误报告（https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8192858 和 https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8175883），这个改变的原因可以总结如下：

javac生成的字节码存在问题，导致在循环完成后仍保留对数组/可迭代对象的引用。

因此，即使明确将数组/可迭代对象设置为null，仍会保留对数组/可迭代对象的引用，这意味着在方法作用域之外之前，数组/可迭代对象将无法进行垃圾回收。

对于大型数组/可迭代对象（如下面的示例），这可能会导致OutOfMemoryError。

这是从错误报告中摘取的用例：

public class IteratorInOneScope { 

    private static final int HALF_OF_MEMORY = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() * 0.5); 

    public static void main(String[] args) { 
        byte[] data = new byte[HALF_OF_MEMORY]; 

        for (byte b : data); // <-- if you comment this line - the application finished successfully 
        data = null; // this expects to discard reference -> allow to release the memory 

        byte[] data2 = new byte[HALF_OF_MEMORY]; // the memory can't be allocated second time, if the "for" loop statement above is used 

        System.out.println("Success"); 
    } 
}

这段代码编译后生成以下字节码：

 0: getstatic #2 // Field HALF_OF_MEMORY:I 
 3: newarray byte 
 5: astore_0 <==== array ref in slot #0 

 6: aload_0 
 7: astore_1 <==== array ref in slot #1 

 8: aload_1 
 9: arraylength 
10: istore_2 

11: iconst_0 
12: istore_3 

13: iload_3 
14: iload_2 
15: if_icmpge 29 

18: aload_1 
19: iload_3 
20: baload 
21: istore 4 
23: iinc 3, 1 
26: goto 13 

29: aconst_null 
30: astore_0 <== nulls slot #0 

31: getstatic #2 // Field HALF_OF_MEMORY:I 
34: newarray byte 
36: astore_1 
37: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 
40: ldc #4 // String Success 
42: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 
45: return 

这里没有关于JLS 14.14.2的更新，原因是：

JLS 14.14.2仅涉及语句的语义，而不涉及垃圾回收行为。编译器可以自由地生成任何产生指定行为的字节码。因此，如果javac想要将一些未使用的本地变量设置为null，它可以自由地这样做。不需要更改规范，包含它在规范中是错误的，因为它不影响语句的语义。

- d.j.brown