深入理解JVM之 05——TO BE OR NOT TO BE(对象的起死回生之术)

本文介绍了垃圾回收中的对象存活判断算法，包括引用计数算法及可达性分析算法，并探讨了对象如何在特定条件下逃过回收。

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对象孰生孰死

垃圾收集器在对对象进行回收之前，第一件事就是要确定哪些对象已经“死去”，需要被回收。判断对象生死的算法，主要有以下两种。

引用计数算法
这种算法，给每个对象设置一个引用计数器(在对象头中)，当有一个地方引用它时，计数器加1；引用失效时，计数器减1；计数器为0，意味着对象独自漂泊在堆中，没人认识它，不可能再被使用，这时就可以回收了。

这种算法，实现简单，判定效率也高，但是有一个致命的缺陷——很难解决对象之间相互引用的问题。

什么是对象相互引用，看下面这个例子：

/**
 * testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？ 
 */
public class ReferenceCountingGC {
 
	public Object instance = null;
 
	private static final int _1MB = 1024 * 1024;
 
	/**
	 * 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便在能在GC日志中看清楚是否有回收过
	 */
	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;
 
		// 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
		System.gc();
	}
}

testGC()方法的前四行执行之后，objA对象被objA和objB.instance引用着，objB也类似；执行objA=null和objB=null之后，objA对象的objA引用失效，但是objB.instance引用仍然存在，因此如果采用单纯的引用计数法，objA并不会被回收，除非在执行objB=null时，遍历objB对象的属性，将里面的引用全部置为无效。

可达性分析算法
在主流的商业程序语言（Java、C#），都是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，当GC Roots到一个对象不可达时(没有直接或者间接地关联)，则证明这个对象是不可用的，可以将其回收。

这个算法很好的解决了引用计数法在处理相互引用时遇到的难题，如下图，object5和object6、object7虽然相互关联，但是由于他们到GC Roots都不可达，因此会被判定为可回收的对象。

在Java中，可作为GC Roots的对象主要有下面几种：

1 、虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。

2、本地方法栈中JNI（即一般说的native方法）引用的对象。

3、方法区中的静态变量引用的对象。

4、方法区中的常量引用的对象。

对象起死回生

即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“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没有与GC Roots 相连接的引用链（不可达），那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的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-Queuc的队列之中，并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法，但并不承诺会等待它运行结束，这样做的原因是如果一个对象在finalizeO 方法中执行缓慢，或者发生了死循环(更极端的情况)，将很可能会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待，甚至导致整个内存回收系统崩溃。finalize() 方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机公稍后GC将对F-QUCUC中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中成功扬救自己一只要重新与引用链上的任何- 一个对象建立关联即可，譬如把自己(this 关键字) 赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合: 如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。从代码清单3-2 中我们可以看到一个对象的finalize()被执行，但是它仍然可以存活。代码清单3-2一次对象自我拯救的演示。

/*此代码演示了两点
 * 对象可以在GC时自我拯救
 * 这种自救只会有一次，因为一个对象的finalize方法只会被自动调用一次
 * */
public class FinalizeEscapeGC {
	public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK=null;
	public void isAlive(){
		System.out.println("yes我还活着");
	}
	public void finalize() throws Throwable{
		super.finalize();
		System.out.println("执行finalize方法");
		FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK=this;//自救
	}
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		SAVE_HOOK=new FinalizeEscapeGC();
		//对象的第一次回收
		SAVE_HOOK=null;
		System.gc();
		//因为finalize方法的优先级很低所以暂停0.5秒等它
		Thread.sleep(500);
		if(SAVE_HOOK!=null){
			SAVE_HOOK.isAlive();
		}else{
			System.out.println("no我死了");
		}
		//下面的代码和上面的一样，但是这次自救却失败了
		//对象的第一次回收
		SAVE_HOOK=null;
		System.gc();
		Thread.sleep(500);
		if(SAVE_HOOK!=null){
			SAVE_HOOK.isAlive();
		}else{
			System.out.println("no我死了");
		}
	}
}

执行结果：

执行finalize方法
yes我还活着
no我死了

执行结果一次成功，一次失败，这是因为任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次，如果对象面临下一次回收，它的finalize()方法不会被再次执行，因此第二段代码的自救行动失败了。
特别说明：不建议使用finalize方法，因为它的运行代价高，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序。finalize()方法能做的所有工作，使用try-finally或者其它方式都可以做得更好、更及时。

本文部分内容参考自书籍：《深入理解Java虚拟机》