GC是如何判断一个对象为"垃圾"的？被GC判断为"垃圾"的对象一定会被回收吗？

Posted 2022-08-12 不能说的秘密go

一.GC如何判断一个对象为”垃圾”的

java堆内存中存放着几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前,第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着,哪些已经“死去”。那么GC具体通过什么手段来判断一个对象已经”死去”的？

1.引用计数算法(已被淘汰的算法)

给对象中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的。

目前主流的java虚拟机都摒弃掉了这种算法，最主要的原因是它很难解决对象
之间相互循环引用的问题。尽管该算法执行效率很高。

2.可达性分析算法

目前主流的编程语言(java,C#等)的主流实现中,都是称通过可达性分析(Reachability Analysis)来判定对象是否存活的。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(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。如下图所示，对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联,但是它们到GC Roots是不可达的,所以它们将会被判定为是可回收的对象。

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(即一般说的Native方法)引用的对象。

二.被GC判断为”垃圾”的对象一定会回收吗

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,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”。(即意味着直接回收)

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的标记,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。

代码示例:

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 mehtod 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finalize方法优先级很低,所以暂停0.5秒以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) 
            SAVE_HOOK.isAlive();
         else 
            System.out.println("no,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finalize方法优先级很低,所以暂停0.5秒以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) 
            SAVE_HOOK.isAlive();
         else 
            System.out.println("no,i am dead:(");
        
    

运行结果:

finalize mehtod executed!
yes,i am still alive:)
no,i am dead:(

SAVE_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过,并且在被收集前成功逃脱了。另外一个值得注意的地方是,代码中有两段完全一样的代码片段,执行结果却是一次逃脱成功,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。因为finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机都视为“没有必要执行”。(即意味着直接回收)

《深入理解java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》周志明