垃圾回收机制-1 对象可达性分析

最新推荐文章于 2025-04-29 15:00:22 发布

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#java #jvm #垃圾回收机制 #收集器 #回收算法

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本文深入探讨Java垃圾回收机制，包括引用计数算法、可达性分析算法及四种引用类型的特性。解析如何通过GC Roots判断对象存活状态，以及对象在垃圾回收过程中的生命周期。

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Java语言中一个显著的特点就是引入了垃圾回收机制，使c++程序员最头疼的内存管理的问题迎刃而解，它使得Java程序员在编写程序的时候不再需要考虑内存管理。由于有个垃圾回收机制，Java中的对象不再有“作用域”的概念，只有对象的引用才有“作用域”。垃圾回收可以有效的防止内存泄露，有效的使用空闲的内存。

1.引用计数算法

判断对象是否存活的算法是这样的:给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用。

代码案例1：

public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];
    public static void testGC() {
        ReferenceCountingGC obja = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objb = new ReferenceCountingGC();
        obja.instance = objb;
        objb.instance = obja;
        obja = null;
        objb = null;
        System.gc();
    }
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGC.testGC();
    }
}

运行结果：

从左边往右：名称--GC前内存占用--GC后内存占用（该地区内存总大小）

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 13366K->1815K(76288K)] 13366K->1823K(251392K), 0.0029698 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1815K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->1595K(175104K)] 1823K->1595K(251392K), [Metaspace: 3034K->3034K(1056768K)], 0.0065198 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap
PSYoungGen total 76288K, used 1966K [0x000000076ab00000, 0x0000000770000000, 0x00000007c0000000)
eden space 65536K, 3% used [0x000000076ab00000,0x000000076aceb9e0,0x000000076eb00000)
from space 10752K, 0% used [0x000000076eb00000,0x000000076eb00000,0x000000076f580000)
to space 10752K, 0% used [0x000000076f580000,0x000000076f580000,0x0000000770000000)
ParOldGen total 175104K, used 1595K [0x00000006c0000000, 0x00000006cab00000, 0x000000076ab00000)
object space 175104K, 0% used [0x00000006c0000000,0x00000006c018ee90,0x00000006cab00000)
Metaspace used 3053K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 328K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

从运行结果可以看出GC日志中包含“13366K->1823K”，意味着虚拟机并没有因为这两个对象相互引用就不回收它们，这也从侧面说明虚拟机虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否存活。

2.可达性分析算法

在主流的商用程序语言的主流实现中都是称通过可达性分析来判断对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连，则证明此对象是不可用的。

如图：

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用对象；
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（即一般说的Native方法）引用的对象。

即使在可达性分析算法中不可达的对象，也不会马上被回收，还有起死回生的可能，这个时候对象只是暂时被判定为”缓刑“阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现对象并没有与GC Roots相连接的引用链，那它将第一次标记并且进行一次筛选，筛选条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为”没有必要执行“。

如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先等级的Finalizer线程去执行他（这里虚拟机会触发这个方法，但并不会承诺等待他运行结束--防止finalize()方法执行缓慢，或者发生死循环，导致整个垃圾回收机制奔溃）finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会。只要重新与引用链建立关联即可，那么第二次标记它将被移出”即将回收的集合“；如果对象这个时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。

3.Java的引用类型

在jdk1.2之后，java将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4种，这4种引用强度逐次减弱。

强引用：强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj=new Object()”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象；
软引用：软引用是用来描述一些还有用但非必需的对象。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，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在java中提供了SoftReference类来实现软引用；
弱引用：弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在java中提供了WeakReference类来实现弱引用；
虚引用：虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在java中提供PhantomReference类来实现虚引用。