JVM如何判断哪些对象可以回收？

Posted 2021-06-13 Hollis Chuang

今天在家本来是闲暇的一天，很舒适，结果这个时候，妈妈敲门进来我房间了，咨询我有没有时间帮忙打扫一下父母的房间；（没有时间

当然我不能这么说了，我是个炒鸡孝顺的好孩子，当然了，妈妈，当然有时间了啊，now go，我的乖乖，这么乱的屋子，不对啊，平时都是很干净的啊（内心想逃，后悔，想拒绝

不对啊，妈，为什么房间这么乱啊，这有的东西我也不知道要不要扔掉啊，瞬间难到我了，你们生活中有没有遇到过类似的烦恼？

或者有没有遇到纠结一个东西要不要扔掉的时候，那时候你是如何做的呢？

我们知道在JVM内存中，实例对象基本都是存在于堆中的，那总不能无期限的往里面放吧，一些用不着的对象就需要随时回收掉，这样才能保证这个内存的均衡性，才能保证JVM的正常运行

那么问题来了，JVM如何知道哪些对象该回收、哪些不该回收，就像刚才大鱼不知道爸妈房间哪些东西该收拾、哪些不该收拾一个道理的，其实在JVM中是有两种解决办法的，分别是引用计数法和可达性分析法两种方法，来确定这些对象之中哪些是存活着的、哪些是已经死去的（不可能再被任何途径使用的对象）

问题明白了，下面就是来解决这个问题了，冲吧，干饭人

引用计数算法

这个其实很简单了，重点就是计数；给对象添加一个引用计数器，每引用一次，计数器加一；引用失效的时候，计数器减一；当计数器为0 的时候，则认为不可能被再次使用了；

我觉得不需要大鱼多解释了应该，这个应该及其好理解，但是，这种方法存在一个致命的问题：无法解决对象相互循环引用的问题

解释下这个循环引用问题

一起来看看下面这个例子

public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;
    
    private byte[] bigSize = new byte[2 * 1024 * 1024];
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGC o1 = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC o2 = new ReferenceCountingGC();
        o1.instance = o2;
        o2.instance = o1;
        o1 = null;
        o2 = null;
        //假设在这行发生了GC，o1和o2是否被回收
        System.gc();
    }

上面例子中o1和o2对象都分别将对方作为自己的属性注入，这也就是形成了所谓的循环引用；最后o1和o2对象都置为null，也就是栈中不再指向堆中的实例对象地址，但是他们还是会互相引用，所以不会被GC回收

再来看个图解版，加深理解

刚new的o1和o2对象是这个样子的：

分别引用了双方之后是这样子的状态：

最后置为null变成这个样子的：

是的，没错，最后就变成了如上图所示的尴尬境地，对象1和对象2在内部互相引用，永远失效不了，导致GC通过引用计数法判断他们的引用计数的时候，永远无法判断为0，也就是无法回收咯，不就造成了内存泄漏了吗

可达性分析法

上面说的引用计数法有缺点，而且这个问题还不小，所以现在使用这种方式来作为判断对象是否存活标准的比较少，多数使用的是另一种，可达性分析法；

先来解释下可达性分析法

基本思路就是通过一系列的”GC Roots“的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径就是引用链，当一个对象到GC Roots没有任何的引用链可达的时候，则证明这个对象是不可用的

什么意思呢？来个白话文版本的，就是选择一系列的基准点，这个点能通过引用链连接到的对象就被认为是可用的，只要是无法到达的，都被认为是不可用的，这个不可用并不一定代表对象死亡，只代表对象无法触达，无法再次引用

这就像递归定义的关系一样，如果只定义了递归项而不定义初始项的话，关系也就无从成立，无从开始；如果初始项定义漏掉了内容的话，递推的结果也会随之而漏掉； 

什么是GC Roots

垃圾回收时，JVM会首先找到所有的GC Roots，这个过程叫做枚举根节点，这个过程需要暂停用户线程，也就是stop the world；然后再从GC Roots这些根节点向下搜索，可达的对象保留，不可达的便会回收掉

那么，到底什么是GC Roots呢？

GC Roots就是对象，就是JVM确定当前绝对不能回收的对象，只有找到这种对象，后面的搜索才会有意义，不能被回收的对象所依赖的对象也就必然不能回收

GC Roots是一种特殊的对象，是Java程序在运行过程中所必须的对象，而且必须是根对象

哪些对象可以作为GC Roots

基本可以作为GC Roots的对象基本分为两大类：全局对象和执行上下文；

全局对象

• 方法区静态属性引用的对象：全局对象的一种，Class对象本身很难被回收，回收的条件也是很苛刻，只要Class不被回收，静态成员不会被回收

• 方法区常量池引用的对象：全局对象，比如字符串常量池，常量初始化之后不会再次改变

执行上下文对象

• 方法栈的栈帧本地变量表引用的对象：线程方法执行的时候，会将方法打包成一个栈帧入栈执行，方法里得到的局部变量会存放到本地变量表中，只要方法未执行完，还没出栈，即本地变量表还会被访问，GC不应该回收

• JNI本地方法栈引用的对象：和上面同样的道理

• 被同步锁持有的对象：被synchronized锁住的对象不可回收，否则锁就失效了，那锁就没意义了

不可达的对象一定会回收吗？（缓刑阶段）

其实被判定为 不可达的对象，也不一定是”非死不可“的，还有一次复活机会，这时是处于缓刑阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历再次标记过程（其实就是finalize方法在搞怪）

我们在电视中也是经常见到类似的场景，一个人被判定死刑了，午时已到，立即执行，一般这个时候就会出来一个飞刀，刀下留人，皇上有旨；也有可能是一个飞刀，直接二话不说，噼里啪啦一顿操作，把人救走，是不是很熟悉

没错，这个过程就是finalize的内部过程，让被判定死刑的犯人”重获新生“

标记的前提是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

第一次标记

筛选的条件是这个对象是否有必要执行finalize()方法；若对象未重写这个方法或者已被虚拟机调用过，虚拟机则认为没有必要执行，对象被回收

第二次标记

若这个对象有必要执行finalize方法，则这个对象会被放到一个F-Queue队列中，并在稍后由虚拟机自动创建的一个低优先级的finalizer线程去执行；

这里的执行指的是虚拟机会触发这个方法，但是不保证运行完成，这样做的原因是这个方法执行缓慢，也可能出现死循环，严重可能会导致回收系统崩溃

finalize是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC会对F-Queue中的对象进行二次标记，如果在这里面重新和GC Roots挂上引用关系，则可以逃脱被回收的命运；否则，就肯定GG了

方法区的回收

很多人认为方法区没有垃圾回收，Java虚拟机规范中也确实说过可以不要求虚拟机在方法区实现垃圾收集，而且在方法区中的垃圾回收的性价比一般比较低，在上面说的堆中进行一次垃圾回收会回收70—95的空间，而永久代中的垃圾回收的效率远低于此

方法区中的垃圾回收主要是两部分：废弃常量和无用的类；废弃常量的回收和Java堆中的对象类似，不多说了

但是判断一个类是否是无用的类，则条件比较苛刻，需要满足三个条件：

• 该类的所有实例都已经被回收，即Java堆中无该类的任何实例

• 加载该类的ClassLoader已经被回收

• 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问到该类的方法

虚拟机规范中说的是满足上面三个条件，便可以对无用的类进行回收，但是并不是必然回收；是否对类对类进行回收，可以根据虚拟机提供的参数来进行控制

在大量使用反射、动态代理、CGLib等ByteCode框架、动态生成JSP以及OSGI这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类的卸载功能，以保证永久代不会溢出

我爱总结

我爱总结之JVM如何判断哪些对象可以回收，总结很重要，整理思路，记得后续的温故而知新，GitHub地址在下面，我会把所有原创技术文章放到上面，持续不断的更新

• 引用计数法：存在循环引用的致命问题

• 可达性分析法：以GC Roots作为起点，可以达到的就不可回收，不可达到的暂定认为”死亡“；但是不是非死不可，有通过finalize方法加重新连接引用链的方法，让一个对象重新复活；但是不保证执行完成，这种方法是不靠谱的，也是不建议使用的

有道无术，术可成；有术无道，止于术

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