【JVM】自动内存管理机制《三》---对象的生死判定和算法详解

本文深入探讨Java虚拟机中对象的存活判定标准与回收算法，包括引用计数器算法的局限性、循环引用问题及可达性分析算法的实现。理解GC Roots对象及其在垃圾回收中的角色。

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导读

上篇博客我们已经讲了Java内存运行时区域的各个部分，其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域是线程私有，也就是生死随着线程。接下来本篇博客着重讲：如何自动管理内存，今天解决第三个问题，第三个问题有些复杂，详细会按以下思路讲解-：如何自动管理的？谁管理的？答案是：对象的生死判定和回收垃圾收集器来管理的

接下来按下面的顺序讲述：

内存回收机制

* 对象存活判定算法

* 垃圾收集算法

* 垃圾收集器（对垃圾收集算法的实现）

内存分配与回收策略

* 原则

对象存活判定标准

如果要讲对象存活判定算法，首先要讲的是：对象是否存活的标准，那么算法就很简单，对象存活判定算法就是对这个标准的代码实现。但大家要区分存活标准和回收标准的区别，并不是没死就不会被回收，就像你生活中一个物品不经常用，或者很少用，那么你就可能会选择丢掉啊。或者你觉得这个物品带给你的价值已经大于他的某些弊端，那么你就会丢掉。

对象存活判定标准：

一个对象“死去”，就以为着不可能再被任何途径使用的对象。无任何引用！

我们已经知道在jvm中，一个对象是否存活，只需要看是否被引用。什么是引用：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，那么就称为这块内存代表一个引用。这种定义很纯粹，但太过狭隘，只有被引用或者没被引用两种状态。

为什么说它狭隘？生活中的而也是，当一个物品对我们来说可有可无，如果家里有地方放那就留下，实在无可奈何才会把它仍掉，这个时候用垃圾和不是垃圾两个状态就有些狭隘啦！所以我们如何描述一些“食之无味，弃之可惜”的对象呢？？所以再jdk1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，分为：强引用(Strong Reference).软引用(Soft Reference)，弱引用(Phantom Reference)，虚引用(Phantom Reference)，4种，引用强度依次减弱。代码实践对比大家可以参考这篇博客：JAVA四种引用方式对比总结附测试demo

对象回收标准：

对象存活判定算法

上面说了对象存活判定的标准，那么对象存活判定算法就是对标准的代码实现

引用计数器算法

引用计算器判断对象是否存活的算法是这样的：给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象的时候，计数器就加1，与之相反，每当引用失效的时候就减1。

优点：实现简单、性能高。

缺点：增减处理频繁消耗cpu计算、计数器占用很多位浪费空间、最重要的缺点是无法解决循环引用的问题。

因为引用计数器算法很难解决循环引用的问题，所以主流的Java虚拟机都没有使用引用计数器算法来管理内存。

循环引用的问题

public class ReferenceDemo {
    public Object instance = null;
    private static final int _1Mb = 1024 * 1024;
    private byte[] bigSize = new byte[10 * _1Mb]; // 申请内存
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.format("开始：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
        ReferenceDemo referenceDemo = new ReferenceDemo();
        ReferenceDemo referenceDemo2 = new ReferenceDemo();
        referenceDemo.instance = referenceDemo2;
        referenceDemo2.instance = referenceDemo;
        System.out.println(String.format("运行：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
        referenceDemo = null;
        referenceDemo2 = null;
        System.gc(); // 手动触发垃圾回收
        System.out.println(String.format("结束：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
    }
}

运行的结果：

开始：178 M
运行：157 M
结束：181 M

从结果可以看出，虚拟机并没有因为相互引用就不回收它们，也侧面说明了虚拟机并不是使用引用计数器实现的。

可达性分析算法

在主流的语言的主流实现中，比如Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可达性分析算法来判断对象是否存活的。

这个算法的核心思路就是通过一些列的“GC Roots”对象作为起始点，从这些对象开始往下搜索，搜索所经过的路径称之为“引用链”。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候，证明此对象是可以被回收的。如下图所示：

在Java中，哪些对象可作为GC Roots对象：

Java虚拟机栈中的引用对象。
本地方法栈中JNI（既一般说的Native方法）引用的对象。
方法区中类静态常量的引用对象。
方法区中常量的引用对象。

小结

到这里我们已经知道啦对象存在哪？【JVM】自动内存管理机制《一》---内存划分及异常可能情况；内存区域为何划分？【JVM】自动内存管理机制《二》---- 内存区域为何划分，以什么原则划分，为何自动管理？；如何判定是否是垃圾，何时回收？【JVM】自动内存管理机制《三》---对象的生死判定和算法详解；接下来就是谁来回收？就是接下来要讲的垃圾收集算法，和垃圾收集器？【JVM】自动内存管理机制《三》---垃圾收集器（索命黑白无常回收垃圾对象），小手手点个赞呗~