JVM中垃圾回收机制如何判断是否死亡?详解引用计数法和可达性分析 !

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java jvm 线程

JVM中垃圾回收机制如何判断是否死亡?详解引用计数法和可达性分析 !

这节我们主要讲垃圾收集的一些基本概念,先了解垃圾收集是什么、然后触发条件是什么、最后虚拟机如何判断对象是否死亡。

一、前言
我们都知道Java和C++有一个非常大的区别就是Java有自动的垃圾回收机制,经过半个多世纪的发展,Java已经进入了“自动化”时代,让使用者只需要注重业务逻辑的开发而不需要担心内存的使用情况。那么我们为什么还要学习Java的垃圾回收机制呢?原因很简单:我们不想止于“增删改查工程师”这样的初级水平,一旦程序发生了内存溢出、内存泄漏等问题时,我们可以用已掌握的知识更好的调节和优化我们的代码。在学这章节之前,默认大家已经了解并掌握了Java内存运行时的五个区域的功能:方法区、Java堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。还没有了解过的朋友请先看这里:JVM中五大内存区域

二、判断对象是否死亡
客官们可以先想一下,GC(垃圾回收机制)在清理内存的时候第一件事要做什么?肯定是要先判断内存中的对象是否已经死亡,也就是再也不会被使用了,然后才会去回收这些对象。判断对象是否死亡通常会有两种办法:引用计数法和可达性分析。

2.1 引用计数法
使用引用计数法,要先给每一个对象中添加一个计数器,一旦有地方引用了此对象,则该对象的计数器加1,如果引用失效了,则计数器减1。这样当计数器为0时,就代表此对象没有被任何地方引用。这种方法实现简单,判定效率也很高,在大部分情况下都是一个比较不错的方法。但是在Java虚拟机中并没有选用引用计数法来管理内存,其主要原因是它很难解决对象之间相互引用的问题,如果两个对应互相引用,导致他们的引用计数都不为0,最终不能回收他们。我们来举个例子

class Person{

public Person lover = null;//定义一个爱人

private String name = "";//姓名
Person(String name){
    this.name = name;
}

}
public class Demo {

public static void main(String[] args) {
    Person liangshanbo = new Person("梁山伯");//创建一个人物:梁山伯
    Person zhuyingtai = new Person("祝英台");//创建一个人物:祝英台
    liangshanbo.lover = zhuyingtai;//设置梁山伯的爱人是祝英台
    zhuyingtai.lover = liangshanbo;//设置祝英台的爱人是梁山伯
}

}
其中梁山伯和祝英台两个对象互相引用,因此如果使用引用计数法来判断对象是否死亡的话,垃圾回收机制是不能回收这两个对象的。

2.2 可达性分析算法
在大部分主流语言中都是通过此方法来判断对象是否存活的,这个算法的思想是通过一系列被称为“GC root”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,走过的路径叫做引用链。如果一个对象没有通过引用链连接到GC root节点,则证明此对象是不可用的,如下图所示,GC roots 是根节点,凡是能通过引用链连接上GC root 的Object 1,2,3,4都是被使用的对象。但是Object 5,6,7却不能通过任何方式连接上根节点,因此判定Object 5,6,7为可回收的节点。

理解了可达性分析法,你可能又会问了GC root对象是什么?在JAVA语言中,可以作为GC root的对象包括以下几种:

虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。
方法区中类静态属性引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI(Java Native Interface)引用的对象。
以上四种不需要死记硬背,由于方法区、虚拟机栈和本地方法栈中保存了类中和方法中定义的变量的引用,既然是自己定义的变量,所以肯定是有用的。

2.4 “引用”是什么
我们知道java中将数据类型分为两大类:基本类型和引用类型。java中引用的定义是:如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址,就称这块内存代表着一个引用。举个例子:

Person p = new Person();
上面代码的写法我们经常见到,其中等号后面的 new Person(); 是真正的对象,所有的内容都保存在java堆内存中,而等号前面的 p 只是真实内容的一个代称,保存在虚拟机栈内存中,它存储的只是一个地址,是 new Person(); 在堆内存中的起始位置,因此 p 就是一个引用。
按照这种理解,java的对象只能够分为被引用和没有被引用两种情况。但是在JDK1.2之后,java对引用的概念进行了扩充,分为强、软、弱、虚四种引用,且强度依次逐渐降低。

强引用:即咱们经常看到的引用方式,如在方法中定义:Object obj = new Object();,真正的对象“new Object()”保存在java堆中,其中“obj”代表了一个引用,存放的是java堆中“new Object()”的起始地址。只要引用还在,垃圾收集器就不会回收掉被引用的对象。
软引用:是用来描述一些有用但非必须的对象,我们可以使用SoftReference类来实现软引用。对于软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常之前,会把这些对象列进回收范围之中。如果回收之后内存还是不足,才会报内存溢出的异常。
弱引用:是用来描述非必须的对象,使用WeakReference类来实现弱引用。它只能生存到下一次垃圾回收发生之前,当垃圾回收机制开始时,无论是否会内存溢出,都将回收掉被弱引用关联的对象。
虚引用:最没有存在感的一种引用关系,可以通过PhantomReference类来实现。存在不存在几乎没影响,也不能通过虚引用来获取一个对象实例,存在的唯一目的是被垃圾收集器回收后可以收到一条系统通知。
我们可以通过代码来控制对象的“强软弱虚”四种引用,有利于JVM进行垃圾回收。那么知道了上面的知识后,我们来探究一下对象是否会死亡?

2.5 对象是否死亡
之前提到过,通过可达性分析后,找到的不可达对象会被垃圾收集器回收,那么,不可达对象一定会被回收吗?答案是不一定。这时候他们处于“死缓”的阶段,如果非要“上诉”,也是有可能被无罪释放的。他们是如何自救的?在可达性分析后发现一些对象没有跟GC root相连接的引用链,该对象会被进行一次标记,然后进行筛选,筛选的条件是判断该对象有没有必要执行finalize()方法(此方法每个对象默认都有),但如果对象没有重写finalize()方法或者对象的finalize方法已经被虚拟机调用过一次了,则都将视为“没有必要执行”,垃圾回收器可以直接回收。
(此段是自我拯救的过程,不是重点了解即可)如果该对象被判定有必要执行finalize()方法,那么虚拟机会把这个对象放置在一个F-Queue的队列中,然后由一个专门的Finalizer线程去执行这个对象的finalize()方法。我们可以在这个方法中进行对象的“自我拯救”,即重新与引用链上的任何一个对象建立关联就可以了,比如把this赋值给某个类的变量,或者对象的成员变量,那么在第二次标记时它将被移除“即将回收”的集合,下面我们看一个案例来了解。

/**

  • @author 编程开发分享者
  • @Date 2020/3/16 10:51
    */

public class FinalizeEscapeGC {

/**
 * 知识点回顾:
 * 1.方法区中存放的是类的基本信息、静态变量、编译后的代码、常量池
 * 2.GC root可以是方法区中静态变量引用的对象
 * 3.一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次。
 * */
//创建一个静态变量
public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
    super.finalize();
    System.out.println("程序执行了finalize()方法");
    SAVE_HOOK = this;//将自己赋值给一个静态变量实现自我拯救,连接上了GC root(细品知识点回顾)
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
    //第一次准备杀死对象
    SAVE_HOOK = null;//将对象置空,按理说会被GC回收,但此对象实现了finalize()方法并实现了自我拯救
    System.gc();//执行GC
    Thread.sleep(500);//由于Finalizer线程优先级比较低,因此短暂休眠主线程等等它
    if (SAVE_HOOK!=null){
        System.out.println("哈哈哈,我还活着");
    }else {
        System.out.println("No,我哏儿屁了");
    }
    System.out.println("--------------------------");

    //第二次准备杀死对象(跟上面代码一样)
    SAVE_HOOK = null;//将对象置空,此时finalize()方法已经自动执行过一次了
    System.gc();//执行GC
    Thread.sleep(500);//由于Finalizer线程优先级比较低,因此短暂休眠主线程等等它
    if (SAVE_HOOK!=null){
        System.out.println("哈哈哈,我还活着");
    }else {
        System.out.println("No,我哏儿屁了");
    }
}

}
运行结果:

注意:根据《深入理解Java虚拟机》中解释这种自我拯救的方法运行代价高昂,不确定性大,无法保证各个对象的调用顺序,因此这一知识点仅作了解即可。

2.6 回收方法区
由于我们经常用的HotSpot虚拟机规定方法区也可以称为永久代,因此很多人认为在方法区中是没有垃圾收集的,其实是有的,只不过收集垃圾的“性价比”非常低。在堆中,尤其是新生代,垃圾收集一般可以回收70%~95%的空间,而永久代的垃圾收集效率远低于此。永久代的垃圾收集主要回收两部分内容:废弃常量和无用的类。

回收废弃常量:当前系统中没有任何对象引用常量池中的某个常量,则一旦发生内存回收,如果有必要,该常量就会被系统清理出常量池。
回收无用的类:要满足三个条件才能证明某个类是无用的,1.类的实例都已经被回收了。2.加载该类的ClassLoader也被回收了。3.该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用。注意:满足以上三点的类只是说可以被回收,但并不像对象一样一定会被回收,是否进行回收可以使用虚拟机提供的参数来控制。大量使用反射、动态代理等频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载功能,以保证永久代不会溢出。
本博客参考《深入理解Java虚拟机》这本书。
视频及电子书详见:点这里下载

原文地址https://www.cnblogs.com/chaogu94/p/12651920.html

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