Java垃圾回收（一）对象存活状态判断---深入理解Java虚拟机

时间：2023-01-02 08:18:09

程序计数器，虚拟机栈和本地方法栈
首先我们先来看下垃圾回收中不会管理到的内存区域，在Java虚拟机的运行时数据区我们可以看到，程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈这三个地方是比较特别的。这个三个部分的特点就是线程私有的，它们随着线程的创建而诞生，也因线程的结束而灭亡。栈中的栈帧随着方法的进入和退出会有条不絮的执行着进栈和出栈。每一个栈帧中分配多少内存，基本上是在类结构确认下来的时候就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束，内存自然就跟随着回收了。

Java堆和方法区
我们讨论的垃圾回收，主要就是关于Java堆中废弃对象的回收。Java堆和方法区中，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们会在程序运行的时候动态创建对象，这部分内存的分配和回收也是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存如何进行回收。

对象状态判断
在研究对象的回收之前，我们需要先看一下如何进行判断对象是否还有存活价值，即要先判断对象是否还有被引用，这是我们进行垃圾回收的第一步，判断对象存活状态。接下来我会讲一下几种判断的方法。

  1. 引用计数法
    一个比较通俗的方法就是当对象在创建的时候，就给对象创建一个对象计数器，每当有一个地方引用到这个对象的时候，计数器加一；当引用失效的时候，计数器减1；任何时候计数器为0的对象就是不可能被使用的，就是我们所认知的 –死亡对象。
    客观地说，引用计数算法的实现比较简单，判定效率也很高，在大部分情况下它都是一个不错的算法，也有一些比较著名的应用案例，例如微软公司的COM（Component Obejct Mode）技术，使用ActionScript3的FlashPlayer等技术都引用了技术算法进行内存管理。
    但是，至少主流的Java虚拟机里面没有用到引用计数算法来管理内存，之中最主要的问题就是他很难解决对象之间相互循环引用的问题：
public class ReferenceGc {
public Object instance = null;
public static void main(String[] args){
        ReferenceGc gcA = new ReferenceGc();
        ReferenceGc gcB = new ReferenceGc();
        gcA.instance=gcB;
        gcB.instance=gcA;
        gcA=null;
        gcB=null;

        System.gc();
    }
}
    这里面如果采用的是引用计数算法来进行垃圾回收的话，这种对象明明是没有使用，但是却仍然占内存，在Java中，这种情况是非常常见的，所以这种算法并不能解决Java中对象相互引用的问题，所以Java虚拟机判断对象存活状态的算法是选择了接下来介绍的--可达性分析算法。

2.可达性分析算法
Java垃圾回收（一）对象存活状态判断---深入理解Java虚拟机
这个算法的基本思想是，通过一系列的GC Roots 的对象作为七点，从这些节点开始的向下搜索，搜索所走过的路径成为引用连，当一个对象到GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象时不可用的。
如上图所示，虽然Object5，Object6和Object7相互有引用，但是他们与GC Roots间是不可达的，所以它们将会被判定为使可回收的对象。

大家可能会很疑惑，那为什么Object5为什么不能当GC Roots呢？

首先，我们要规定好GC Roots的定义范围，并不是说所有的对象都能够成为GC Roots：
    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）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
     - 本地方法栈中JNI引用的对象

对象在被回收前最后的自我救赎
上面我们说完了Java虚拟机中判断对象存活状态的算法，那么是不是说我们判断出对象时没有（有效）引用之后就会被马上回收呢？实际上并不是这样的，即时在可达性分析分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。
对象要被宣告死亡要经历两个阶段：
第一个阶段就是可达性分析，判断对象是否具有有效引用
第二个阶段就是判断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称为“没有必要执行”，就是对象已经没有任何机会完成救赎。
我们来看一下简单的Demo:

package com.Shop.Test;

/**
 * Created by Administrator on 2016/7/25.
 */
public class FinalizeEscapeGc {
private 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 InterruptedException {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGc();
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500);
if(SAVE_HOOK!= null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else{
            System.out.println("no ,i am dead ");
        }


        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500);
if(SAVE_HOOK!= null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else{
            System.out.println("no ,i am dead ");
        }
    }
}

输出结果：

finalize method executed!
yes, i am still alive
no ,i am dead

我们可以看到，在对象“死亡”之后，并没有马上死亡，我们覆盖了父类的finalized 方法，这时候就会给对象一次救赎的机会，但是也就仅此一次，当对象第二次“死亡”的时候，我们发现，即使是覆盖了finalized方法也没有办法再去拯救这个对象了。

    从上面的例子我们可以很直白的理解这个finalized方法在垃圾回收中起到的作用，那就是一次且仅一次救赎的机会。

方法区的回收

    在上一篇文章中，我们了解到方法区也叫做永久代，因为进入到方法区的数据，基本上是不会死亡的，因此也就不会有垃圾回收的发生。
    实际上方法区还是会进行垃圾回收，但是效率远远比不上堆中垃圾的回收，因此在垃圾回收中经常会被忽略掉。方法区中，垃圾收集的主要内容分为两部分：废弃常量和无用的类。

  1. 废弃常量
    这部分我们会比较容易理解，就举一个简单的例子，String str= “abc”;这时候abc就已经进入了常量池中，当str改变类值，那么久没有对象引用”abc”这个常量，这时候，”abc”就会被系统清理出常量池。常量池中的其他类、方法、字段的符号引用也是如此

  2. 无用的类
    判定一个类是否是无用的类的条件相对苛刻许多。类需要同时满足以下三个条件才能算是“无用的类”
    1。该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中已经不存在该类的任何实例
    2。加载该类的ClassLoader已经被回收
    3。该类对象的Java.lang.Class 对象没有在任何地方呗引用，无法再任何地方通过反射访问该类

    虚拟机可以对满足上述3个条件的无用类对象进行回收，这里说的仅仅是“可以”，行不是和对象一样，不适用就必然回收。需要对HotSpot虚拟机的参数进行设置，控制回收。
    一般情况下我们不会对方法区的无用类进行回收，但是在大量使用反射，动态代理、CGLib等ByteCode框架、这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。

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