面试官：讲一下Jvm中如何判断对象的生死？

Posted 2020-12-19

但凡问到 JVM（Java 虚拟机）通常有 99% 的概率一定会问，在 JVM 中如何判断一个对象的生死状态？
判断对象的生死状态的算法有以下几个：
1、引用计数器算法

引用计算器判断对象是否存活的算法是这样的：给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象的时候，计数器就加1，与之相反，每当引用失效的时候就减1。

优点：实现简单、性能高。

缺点：增减处理频繁消耗cpu计算、计数器占用很多位浪费空间、最重要的缺点是无法解决循环引用的问题。

因为引用计数器算法很难解决循环引用的问题，所以主流的Java虚拟机都没有使用引用计数器算法来管理内存。

来看一段循环引用的代码：

public

class

ReferenceDemo
 {

public

Object
 instance = 
null
;

private

static

final

int
 _1Mb = 
1024
 * 
1024
;

private

byte
[] bigSize = 
new

byte
[
10
 * _1Mb]; 
// 申请内存

public

static

void
 main(
String
[] args) {

System
.out.println(
String
.format(
"开始：%d M"
,
Runtime
.getRuntime().freeMemory() / (
1024
 * 
1024
)));

ReferenceDemo
 referenceDemo = 
new

ReferenceDemo
();

ReferenceDemo
 referenceDemo2 = 
new

ReferenceDemo
();
        referenceDemo.instance = referenceDemo2;
        referenceDemo2.instance = referenceDemo;

System
.out.println(
String
.format(
"运行：%d M"
,
Runtime
.getRuntime().freeMemory() / (
1024
 * 
1024
)));
        referenceDemo = 
null
;
        referenceDemo2 = 
null
;

System
.gc(); 
// 手动触发垃圾回收

System
.out.println(
String
.format(
"结束：%d M"
,
Runtime
.getRuntime().freeMemory() / (
1024
 * 
1024
)));
    }
}

运行的结果：

开始：117 M
运行中：96 M
结束：119 M

从结果可以看出，虚拟机并没有因为相互引用就不回收它们，也侧面说明了虚拟机并不是使用引用计数器实现的。

2、可达性分析算法

在主流的语言的主流实现中，比如Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可达性分析算法来判断对象是否存活的。

这个算法的核心思路就是通过一些列的“GC Roots”对象作为起始点，从这些对象开始往下搜索，搜索所经过的路径称之为“引用链”。

当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候，证明此对象是可以被回收的。如下图所示：

在Java中，可作为GC Roots对象的列表：

• Java虚拟机栈中的引用对象。
• 本地方法栈中JNI（既一般说的Native方法）引用的对象。
• 方法区中类静态常量的引用对象。
• 方法区中常量的引用对象。
  对象生死与引用的关系

从上面的两种算法来看，不管是引用计数法还是可达性分析算法都与对象的“引用”有关，这说明：对象的引用决定了对象的生死。那对象的引用都有那些呢？

在JDK1.2之前，引用的定义很传统：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一块引用。

这样的定义很纯粹，但是也很狭隘，这种情况下一个对象要么被引用，要么没引用，对于介于两者之间的对象显得无能为力。

JDK1.2之后对引用进行了扩充，将引用分为：

• 强引用（Strong Reference）
• 软引用（Soft Reference）
• 弱引用（Weak Reference）
• 虚引用（Phantom Reference）
  这也就是文章开头第一个问题的答案，对象不是非生即死的，当空间还足够时，还可以保留这些对象，如果空间不足时，再抛弃这些对象。很多缓存功能的实现也符合这样的场景。

强引用、软引用、弱引用、虚引用，这4种引用的强度是依次递减的。

强引用：在代码中普遍存在的，类似“Object obj = new Object()”这类引用，只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

软引用：是一种相对强引用弱化一些的引用，可以让对象豁免一些垃圾收集，只有当jvm认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。jvm会确保在抛出OutOfMemoryError之前，清理软引用指向的对象。

弱引用：非必需对象，但它的强度比软引用更弱，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。

虚引用：也称为幽灵引用或幻影引用，是最弱的一种引用关系，无法通过虚引用来获取一个对象实例，为对象设置虚引用的目的只有一个，就是当着个对象被收集器回收时收到一条系统通知。

死亡标记与拯救

在可达性算法中不可达的对象，并不是“非死不可”的，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记的过程。

如果对象在进行可达性分析之后，没有与GC Roots相连接的引用链，它会被第一次标记，并进行筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。

执行finalize()方法的两个条件：

1、重写了finalize()方法。

2、finalize()方法之前没被调用过，因为对象的finalize()方法只能被执行一次。

如果满足以上两个条件，这个对象将会放置在F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自建的、低优先级Finalizer线程来执行它。

对象的“自我拯救”

finalize()方法是对象脱离死亡命运最后的机会，如果对象在finalize()方法中重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，比如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或对象的成员变量。

来看具体的实现代码：

 public

class

FinalizeDemo
 {

public

static

FinalizeDemo

Hook
= 
null ;

@Override

 protected

 void
  finalize() 
 throws

 Throwable
  {

 super
 .finalize();

 System
 .out.println(
 "执行finalize方法"
 );

FinalizeDemo .
Hook
 = 
this
;
    }

public

static

void
 main(
String
[] args) 
throws

InterruptedException
 {

Hook
 = 
new

FinalizeDemo
();

// 第一次拯救

Hook
 = 
null
;

System
.gc();

Thread
.sleep(
500
); 
// 等待finalize执行

if
 (
Hook
 != 
null
) {

System
.out.println(
"我还活着"
);
        } 
else
 {

System
.out.println(
"我已经死了"
);
        }

// 第二次，代码完全一样

Hook
 = 
null
;

System
.gc();

Thread
.sleep(
500
); 
// 等待finalize执行

if
 (
Hook
 != 
null
) {

System
.out.println(
"我还活着"
);
        } 
else
 {

System
.out.println(
"我已经死了"
);
        }
    }
}

执行的结果：

执行finalize方法
我还活着
我已经死了

从结果可以看出，任何对象的finalize()方法都只会被系统调用一次。

不建议使用finalize()方法来拯救对象，原因如下：

1、对象的finalize()只能执行一次。
2、它的运行代价高昂。
3、不确定性大。
4、无法保证各个对象的调用顺序。
【End】
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