JVM垃圾收集之——怎样判定一个对象是不是垃圾

向着百万年薪努力的小赵

发布于 2022-12-02 10:46:51

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发布于 2022-12-02 10:46:51

文章被收录于专栏：小赵的Java学习

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学过了JVM的内存模型，了解了JVM将其管理的内存抽象为不同作用的内存工作区域，这个区域是连续，然后分为五个部分，各司其职。链接: JVM内存模型——运行时数据区的特点和作用

现在，让我们来学习一下JVM中的重头戏，垃圾收集

想要把一个对象当成垃圾回收掉，我们需要知道，不被需要和使用的对象才是垃圾，关键是怎么找到这些不被需要和使用的对象。

这里我们有两个方法可以去判定一个对象是不是垃圾：

1引用计数法

一个对象呢我给它做一个引用计数，假如一个对象目前有三个引用指向，那么给他记录一个引用数为3。接下来如果有一个引用消失了，变成二，再有一个引用消失变成一，最后当引用全部消失这个数变成零，当它变成零的时候，这对象成为了垃圾（Python 就是使用这样的方式）。总结： 如果一个对象没有引用指向它的时候，或者说引用计数器里面的值为0的时候，表示该对象就是垃圾。 缺陷：当有循环引用的时候，导致无法回收掉本该是垃圾的对象。

那Java是使用的这一种垃圾回收方法吗？举个栗子：

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(); 
	}
	public static void main(String[] args) { 
		testGC(); 
	} 
}

运行截图：

从上图可以看出，没有进行垃圾回收之前，内存占用11960K。进行垃圾回收之后，内存占用896K。说明对象确实被回收释放了。但如果按照引用计数算法，两个对象之间其实还存在着互相引用，即引用计数器的值为1，也就是说本来不应该被回收，所以这里使用的显然就不是引用计数算法。

2可达性分析

Java是使用一种叫GC Root的算法，是什么意思呢？从根上的引用去找对象，能够被根节点引用找到的对象都不是垃圾，不用回收，如果是从根节点引用找不到的对象都是垃圾。

通过GC Root的对象，开始向下寻找，看某个对象是否可达

能作为GC Root:类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static成员、常量引用、本地方法栈的变量等。 JVM标准里给出了以下几种可以当作GC Root的对象： 1.在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。 2.在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。 3.在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。 4.在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。 5.Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如 NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。 6.所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。 7.反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

我们研究的一直都是怎么让一个对象去死，但是

3一个对象真的非死不可吗？

3.1对象的自我救赎

即使在可达性分析算法中不可达的对象，并不是”非死不可“，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GCRoots相连接的引用链，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finalize()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会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——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。

3.2finalize的作用

finalize()是Object的protected方法，子类可以覆盖该方法以实现资源清理工作，GC在回收对象之前调用该方法。
finalize()与C++中的析构函数不是对应的。C++中的析构函数调用的时机是确定的（对象离开作用域或delete掉），但Java中的finalize的调用具有不确定性
不建议用finalize方法完成“非内存资源”的清理工作。

3.3finalized的问题

一些与finalize相关的方法，由于一些致命的缺陷，已经被废弃了，如System.runFinalizersOnExit()方法、Runtime.runFinalizersOnExit()方法
System.gc()与System.runFinalization()方法增加了finalize方法执行的机会，但不可盲目依赖它们
Java语言规范并不保证finalize方法会被及时地执行、而且根本不会保证它们会被执行
finalize方法可能会带来性能问题。因为JVM通常在单独的低优先级线程中完成finalize的执行
对象再生问题：finalize方法中，可将待回收对象赋值给GC Roots可达的对象引用，从而达到对象再生的目的
finalize方法至多由GC执行一次(用户当然可以手动调用对象的finalize方法，但并不影响GC对finalize的行为)

由于Finalizer线程优先级相较于普通线程优先级要低，而根据Java的抢占式线程调度策略，优先级越低的线程，分配CPU的机会越少，因此当多线程创建重写finalize方法的对象时，Finalizer可能无法及时执行finalize方法，Finalizer线程回收对象的速度小于创建对象的速度时，会造成F-Queue越来越大，JVM内存无法及时释放，造成频繁的Young GC，然后是Full GC，乃至最终的OutOfMemoryError。

3.4finalize的执行过程(生命周期)

首先，大致描述一下finalize流程：当对象变成(GC Roots)不可达时，GC会判断该对象是否覆盖了finalize方法，若未覆盖，则直接将其回收。否则，若对象未执行过finalize方法，将其放入F-Queue队列，由一低优先级线程执行该队列中对象的finalize方法。执行finalize方法完毕后，GC会再次判断该对象是否可达，若不可达，则进行回收，否则，对象“复活”。执行代码演示：

public class FinalizeEscapeGC { 
	public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null; 
	public void isAlive() { 
		System.out.println("yes, i am still alive :)"); 
	}
	@Override 
	protected void finalize() throws Throwable { 
	super.finalize(); 
	System.out.println("finalize method executed!"); 
	FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; 
	}
	public static void main(String[] args) throws Throwable {
		SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC(); 
		//对象第一次成功拯救自己 
		SAVE_HOOK = null; 
		System.gc(); 
		// 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
		Thread.sleep(500); 
		if (SAVE_HOOK != null) { 
			SAVE_HOOK.isAlive(); 
		} else { 
			System.out.println("once, i am dead :("); 
		}
		// 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了 
		SAVE_HOOK = null; 
		System.gc(); 
		// 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
		Thread.sleep(500);
		if (SAVE_HOOK != null) { 
			SAVE_HOOK.isAlive(); 
		} else { 
			System.out.println("second, i am dead :("); 
		} 
	} 
}