JVM（三）對象的生死斷定和算法詳解

時間 2019-11-26

標籤 jvm 對象生死斷定算法詳解欄目 Java 简体版

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好的文章是能把各個知識點，經過邏輯關係串連起來，讓人豁然開朗的同時又記憶深入。java

導讀：對象除了生死以外，還有其餘狀態嗎？對象真正的死亡，難道只經歷一次簡單的斷定？如何在垂死的邊緣「拯救」一個將死對象？判斷對象的生死存活都有那些算法？本文帶你一塊兒找到這些答案。算法

在正式開始以前，咱們先來了解一下垃圾回收。緩存

GC介紹

GC： Garbage Collection，中文翻譯爲垃圾回收。併發

GC的歷史jvm

GC有着很長的歷史了，最初的GC算法發佈於1960年（已經快有60年的歷史了），Lisp之父John McCarthy發佈的，他是一名很是有名的黑客，也是人工智能之父，同時也是GC之父。ide

爲何要學習GC？性能

一、排查內存溢出和內存泄露的問題。學習

二、系統調優，處理更高的併發瓶頸。this

GC的做用人工智能

一、找到內存空間的垃圾。

二、回收垃圾。

對象生死判斷算法

垃圾回收的第一步就是判斷對象是否存活，只有「死去」的對象，纔會被垃圾回收器所收回。

引用計數器算法

引用計算器判斷對象是否存活的算法是這樣的：給每個對象設置一個引用計數器，每當有一個地方引用這個對象的時候，計數器就加1，與之相反，每當引用失效的時候就減1。

優勢： 實現簡單、性能高。

缺點： 增減處理頻繁消耗cpu計算、計數器佔用不少位浪費空間、最重要的缺點是沒法解決循環引用的問題。

由於引用計數器算法很難解決循環引用的問題，因此主流的Java虛擬機都沒有使用引用計數器算法來管理內存。

來看一段循環引用的代碼：

public class ReferenceDemo {
    public Object instance = null;
    private static final int _1Mb = 1024 * 1024;
    private byte[] bigSize = new byte[10 * _1Mb]; // 申請內存
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.format("開始：%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("運行：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
        referenceDemo = null;
        referenceDemo2 = null;
        System.gc(); // 手動觸發垃圾回收
        System.out.println(String.format("結束：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
    }
}
複製代碼

運行的結果：

開始：117 M

運行中：96 M

結束：119 M

從結果能夠看出，虛擬機並無由於相互引用就不回收它們，也側面說明了虛擬機並非使用引用計數器實現的。

可達性分析算法

在主流的語言的主流實現中，好比Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可達性分析算法來判斷對象是否存活的。

這個算法的核心思路就是經過一些列的「GC Roots」對象做爲起始點，從這些對象開始往下搜索，搜索所通過的路徑稱之爲「引用鏈」。

當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連的時候，證實此對象是能夠被回收的。以下圖所示：

在Java中，可做爲GC Roots對象的列表：

Java虛擬機棧中的引用對象。
本地方法棧中JNI（既通常說的Native方法）引用的對象。
方法區中類靜態常量的引用對象。
方法區中常量的引用對象。

對象生死與引用的關係

從上面的兩種算法來看，不論是引用計數法仍是可達性分析算法都與對象的「引用」有關，這說明：對象的引用決定了對象的生死。那對象的引用都有那些呢？

在JDK1.2以前，引用的定義很傳統：若是reference類型的數據中存儲的數值表明的是另外一塊內存的起始地址，就稱這塊內存表明着一塊引用。

這樣的定義很純粹，可是也很狹隘，這種狀況下一個對象要麼被引用，要麼沒引用，對於介於二者之間的對象顯得無能爲力。

JDK1.2以後對引用進行了擴充，將引用分爲：

強引用（Strong Reference）
軟引用（Soft Reference）
弱引用（Weak Reference）
虛引用（Phantom Reference）

這也就是文章開頭第一個問題的答案，對象不是非生即死的，當空間還足夠時，還能夠保留這些對象，若是空間不足時，再拋棄這些對象。不少緩存功能的實現也符合這樣的場景。

強引用、軟引用、弱引用、虛引用，這4種引用的強度是依次遞減的。

強引用： 在代碼中廣泛存在的，相似「Object obj = new Object()」這類引用，只要強引用還在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。

軟引用： 是一種相對強引用弱化一些的引用，可讓對象豁免一些垃圾收集，只有當jvm認爲內存不足時，纔會去試圖回收軟引用指向的對象。jvm會確保在拋出OutOfMemoryError以前，清理軟引用指向的對象。

弱引用： 非必需對象，但它的強度比軟引用更弱，被弱引用關聯的對象只能生存到下一次垃圾收集發生以前。

虛引用： 也稱爲幽靈引用或幻影引用，是最弱的一種引用關係，沒法經過虛引用來獲取一個對象實例，爲對象設置虛引用的目的只有一個，就是當着個對象被收集器回收時收到一條系統通知。

死亡標記與拯救

在可達性算法中不可達的對象，並非「非死不可」的，要真正宣告一個對象死亡，至少要經歷兩次標記的過程。

若是對象在進行可達性分析以後，沒有與GC Roots相鏈接的引用鏈，它會被第一次標記，並進行篩選，篩選的條件是此對象是否有必要執行finalize()方法。

執行finalize()方法的兩個條件：

一、重寫了finalize()方法。

二、finalize()方法以前沒被調用過，由於對象的finalize()方法只能被執行一次。

若是知足以上兩個條件，這個對象將會放置在F-Queue的隊列之中，並在稍後由一個虛擬機自建的、低優先級Finalizer線程來執行它。

對象的「自我拯救」

finalize()方法是對象脫離死亡命運最後的機會，若是對象在finalize()方法中從新與引用鏈上的任何一個對象創建關聯便可，好比把本身（this關鍵字）賦值給某個類變量或對象的成員變量。

來看具體的實現代碼：

public class FinalizeDemo {
    public static FinalizeDemo Hook = null;
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("執行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執行
        if (Hook != null) {
            System.out.println("我還活着");
        } else {
            System.out.println("我已經死了");
        }
        // 第二次，代碼徹底同樣
        Hook = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500); // 等待finalize執行
        if (Hook != null) {
            System.out.println("我還活着");
        } else {
            System.out.println("我已經死了");
        }
    }
}
複製代碼