GC Roots 是什么?哪些对象可以作为 GC Root?看完秒懂!

本文详细介绍了Java中的可达性分析算法,用于判断对象是否存活。通过GCRoots(包括虚拟机栈、本地方法栈、方法区中的静态属性和常量引用)作为起点,如果对象不在引用链中则视为垃圾。同时,讲解了对象的finalize方法如何提供了一次自救机会,以及GCRoots的四种类型。理解这些概念对于优化内存管理和防止内存泄漏至关重要。

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什么是是可达性分析算法?

现代虚拟机基本都是采用可达性分析算法来判断对象是否存活,可达性算法的原理是以一系列叫做  GC Root  的对象为起点出发,引出它们指向的下一个节点,再以下个节点为起点,引出此节点指向的下一个结点。这样通过 GC Root 串成的一条线就叫引用链),直到所有的结点都遍历完毕,如果相关对象不在任意一个以 GC Root 为起点的引用链中,则这些对象会被判断为垃圾对象,会被 GC 回收。

如图示,如果用可达性算法即可解决上述循环引用的问题,因为从GC Root 出发没有到达 a,b,所以 a,b 可回收。

a, b 对象可回收,就一定会被回收吗?

并不是,对象的 finalize 方法给了对象一次垂死挣扎的机会,当对象不可达(可回收)时,当发生GC时,会先判断对象是否执行了 finalize 方法,如果未执行,则会先执行 finalize 方法,我们可以在此方法里将当前对象与 GC Roots 关联,这样执行 finalize 方法之后,GC 会再次判断对象是否可达,如果不可达,则会被回收,如果可达,则不回收!

注意: finalize 方法只会被执行一次,如果第一次执行 finalize 方法此对象变成了可达确实不会回收,但如果对象再次被 GC,则会忽略 finalize 方法,对象会被回收!这一点切记!

GC Roots 到底是什么东西呢,哪些对象可以作为 GC Root 呢?

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象

  • 本地方法栈中 JNI(即一般说的 Native 方法)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

便于记忆,称他为两栈两方法!下面我们一一介绍一下:

1、虚拟机栈中引用的对象

如下代码所示,a 是栈帧中的本地变量,当 a = null 时,由于此时 a 充当了 GC Root 的作用,a 与原来指向的实例 new Test() 断开了连接,所以对象会被回收。

 
publicclass Test {
    public static  void main(String[] args) {
	Test a = new Test();
	a = null;
    }
}

2、方法区中类静态属性引用的对象

如下代码所示,当栈帧中的本地变量 a = null 时,由于 a 原来指向的对象与 GC Root (变量 a) 断开了连接,所以 a 原来指向的对象会被回收,而由于我们给 s 赋值了变量的引用,s 在此时是类静态属性引用,充当了 GC Root 的作用,它指向的对象依然存活!

public class Test {
    public static Test s;
    public static  void main(String[] args) {
	Test a = new Test();
	a.s = new Test();
	a = null;
    }
}

3、方法区中常量引用的对象

如下代码所示,常量 s 指向的对象并不会因为 a 指向的对象被回收而回收

 
public class Test {
	public static final Test s = new Test();
        public static void main(String[] args) {
	    Test a = new Test();
	    a = null;
        }
}

4、本地方法栈中 JNI 引用的对象

这是简单给不清楚本地方法为何物的童鞋简单解释一下:所谓本地方法就是一个 java 调用非 java 代码的接口,该方法并非 Java 实现的,可能由 C 或 Python等其他语言实现的, Java 通过 JNI 来调用本地方法, 而本地方法是以库文件的形式存放的(在 WINDOWS 平台上是 DLL 文件形式,在 UNIX 机器上是 SO 文件形式)。通过调用本地的库文件的内部方法,使 JAVA 可以实现和本地机器的紧密联系,调用系统级的各接口方法,还是不明白?见文末参考,对本地方法定义与使用有详细介绍。

当调用 Java 方法时,虚拟机会创建一个栈桢并压入 Java 栈,而当它调用的是本地方法时,虚拟机会保持 Java 栈不变,不会在 Java 栈祯中压入新的祯,虚拟机只是简单地动态连接并直接调用指定的本地方法。

 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_pecuyu_jnirefdemo_MainActivity_newStringNative(JNIEnv *env, jobject instance,jstring jmsg) {
...
   // 缓存String的class
   jclass jc = (*env)->FindClass(env, STRING_PATH);
}

如上代码所示,当 java 调用以上本地方法时,jc 会被本地方法栈压入栈中, jc 就是我们说的本地方法栈中 JNI 的对象引用,因此只会在此本地方法执行完成后才会被释放。

### GC Roots 的概念及其在 Java 内存管理中的作用 #### 一、GC Roots 的定义 GC Roots 是指一组特殊的对象引用,在垃圾回收过程中,这些对象被认为是不可回收的。它们充当了整个对象图的起点,所有的可访问对象都必须可以通过某种方式从这些根对象间接到达[^1]。 #### 二、GC Roots 的重要性 JVM 使用 GC Roots 来判断哪些对象是可以被安全回收的。具体来说,任何无法通过 GC Roots 到达的对象都会被视为垃圾,并最终由垃圾回收器清理掉。这种方法有效解决了内存泄漏问题的同时也提高了内存利用率[^5]。 #### 三、常见的 GC Roots 类型 以下是几种典型的可以作为 GC Roots对象类别: - **虚拟机栈(Stack Frames)中的局部变量表**:包括方法参数、返回地址以及一些临时变量等。 - **本地方法栈中JNI(即Native Method)的引用**:当Java程序调用了C/C++库函数时产生的跨语言交互部分也会成为GC Root的一部分。 - **方法区内的类静态属性**:比如`static final String str = "example";`这里的字符串实例就属于此类别之一[^4]。 - **运行时常量池里的引用**:例如String类型的字面量或者Class对象本身都是潜在候选者[^2]。 #### 四、如何利用 GC Roots 实现垃圾检测? 为了找出那些应该被淘汰的目标实体,JVM采用了基于可达性的算法——即从所有现存的有效GC Roots出发遍历整张对象图表结构;凡是未能触及到的部分都将标记为废弃状态等待后续处理阶段予以清除操作执行完毕之后再重新整理剩余存活下来的个体集合以便于下一轮循环继续运作下去[^3]。 ```java // 示例代码展示了一个简单的场景,其中涉及到了GC Roots的作用机制 public class GCTest { private Object instance; protected void finalize() throws Throwable { System.out.println("Object is going to be collected."); } public static void main(String[] args) { GCTest objA = new GCTest(); GCTest objB = new GCTest(); objA.instance = objB; objB.instance = objA; objA = null; objB = null; // 提示系统进行垃圾收集 System.gc(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } ``` 上述例子展示了两个相互持有对方成员变量的情况,尽管如此,一旦失去了来自外部强引用的支持,则仍然会被判定成孤立子网而遭到摧毁命运降临其上。 ---
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