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目錄

前言

在 Java 中，判定對象是否存活指的是哪些不再被程序所引用，也無法通過任何方式訪問的對象；具體來說，當一個對象不再被任何活動線程所引用，并且沒有被其他對象所引用時，它就被認為是 “死亡” 對象；“死亡” 對象占用內(nèi)存空間但不再有任何實際的用途，因此需要通過垃圾收集機制將其從內(nèi)存中釋放，以便重新利用內(nèi)存資源；Java 垃圾收集機制會自動識別、回收這些 “死亡” 對象，無需程序員手動管理內(nèi)存釋放的過程

什么是垃圾？

沒有引用指向或根對象不可達的引用對象，被稱之為垃圾

Java 與 C++ 對垃圾的處理方式有所不同，如下：

Java：自動回收垃圾，由 GC 回收機制去自動回收，開發(fā)效率高，執(zhí)行效率低
C++：手動處理垃圾，若忘記回收時，容易發(fā)生內(nèi)存泄漏，回收多次，會出現(xiàn)非法訪問問題，一般手動回收的代碼（delete）會寫在析構(gòu)函數(shù)中；開發(fā)效率低，執(zhí)行效率高

如何定位垃圾

在堆里面存放著 Java 世界中幾乎所有的對象實例，垃圾收集器在對堆進行回收前，第一件事情就是要確定這些對象哪些還 “存活” 著，哪些對象已經(jīng) “死亡” 了

引用計數(shù)算法

引用計數(shù)算法（Reference Counting）：在對象中添加一個引用計數(shù)器，每當有一個其他對象引用它時，計數(shù)器值就加一；當引用失效時，計數(shù)器值就減一；任何時刻計數(shù)器為零的對象就是不可能再被使用的

引用指向一個對象，在它腦袋上寫一個數(shù)字，有幾個對象指向它就在它腦袋上寫一個幾，當這個數(shù)字變?yōu)?0 時，就說明沒有任何對象指向它，即為 “垃圾”

在 Java 領(lǐng)域中，至少主流的 Java 虛擬機都沒有選用引用計數(shù)算法來管理內(nèi)存，主要原因：一個看似很簡單的算法有很多例外情況要考慮，必須要配合大量額外處理才能正確地工作

譬如單純的引用計數(shù)算法就很難解決對象之間相互引用的問題，例如：A->B、B->A，A、B 計數(shù)器的值都為 1，所以在當前算法來說不是垃圾，但從此看來，沒有其他的引用會使用到它們，按理來說這幾個都應(yīng)該是為 “垃圾”

以上會出現(xiàn)的對象之間互相引用問題，通過代碼來演示，看 Java JVM 中是否使用到了引用計數(shù)算法來回收垃圾，如下：

/**
 * @author vnjohn
 * @since 2023/6/29
 */
public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;

    private byte[] bigSize = new byte[2 * 1024 * 1024];

    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;

        objA = null;
        objB = null;

        System.gc();
    }
}

調(diào)整 JVM Options 參數(shù)，增加打印 GC 回收詳情信息，如下：

# 打印 GC 回收時間、GC 回收詳情
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails

控制臺打印結(jié)果如下：

0.107: [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6717K->608K(76288K)] 6717K->616K(251392K), 0.0044845 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.112: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 608K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->378K(175104K)] 616K->378K(251392K), [Metaspace: 3100K->3100K(1056768K)], 0.0026966 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 3277K [0x000000076ab00000, 0x0000000770000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 5% used [0x000000076ab00000,0x000000076ae334d8,0x000000076eb00000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076eb00000,0x000000076eb00000,0x000000076f580000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f580000,0x000000076f580000,0x0000000770000000)
 ParOldGen       total 175104K, used 378K [0x00000006c0000000, 0x00000006cab00000, 0x000000076ab00000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c0000000,0x00000006c005e9e8,0x00000006cab00000)
 Metaspace       used 3130K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 343K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

重點看前面兩行日志信息

年輕代：0.107: [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6717K（回收前大?。?>608K（回收后大?。?/mark>(76288K)] 6717K->616K(251392K), 0.0044845 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
老年代：0.112: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 608K（回收前大小）->0K（回收后大?。?/mark>(76288K)] [ParOldGen: 8K->378K(175104K)] 616K->378K(251392K), [Metaspace: 3100K->3100K(1056768K)], 0.0026966 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

以上標注黃色背景的日志內(nèi)容，可以看出 Java 虛擬機并沒有因為這兩個對象循環(huán)引用而放棄回收它們，這也從側(cè)面說明了 Java 虛擬機并不是通過引用計數(shù)算法來判斷對象是否存活的

JDK 8 默認使用的垃圾收集器：Parallel Scavenge、Parallel Old
Java中常見的垃圾收集器，如：Serial、Parallel、CMS、G1 等，并不使用引用計數(shù)算法，而是采用基于可達性分析的算法來進行垃圾回收，這個也是后面要講到的算法

可達性分析算法

可達性分析算法（Reachability Analysis）：它是一個更廣泛的概念，它是一類以可達性作為判斷對象是否存活基礎(chǔ)的算法，除了根可達算法外，還有其他的可達性分析算法，如：可達性分析與復制算法、可達性分析與標記-清除算法等

根可達算法是可達性分析算法中的一種具體實現(xiàn)方式，根可達算法是從一組稱為 “GC Roots” 根對象開始，通過引用關(guān)系向下搜索，搜索過程所走過的過程稱為 “引用鏈”；若某個對象到 GC Roots 間沒有任何引用鏈相連或者用圖論的方式來說就是從 GC Roots 到這個對象不可達時，則證明此對象是不可能再被使用的

如上圖，在 Java 技術(shù)體系中，固定可作為 GC Roots 對象包括以下幾種：

1. 線程棧變量：在虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象，譬如各個線程被調(diào)用的方法堆棧中使用到的參數(shù)、局部變量、臨時變量等

比如：main 方法主線程開始運行，主線程棧中變量調(diào)用了其他的方法，主線程棧中的方法訪問到的對象叫根對象

2. 靜態(tài)變量：在方法區(qū)類靜態(tài)屬性引用的對象，譬如 Java 類引用類型的靜態(tài)變量

靜態(tài)變量初始化，能夠訪問到的對象稱之為根對象

3. 常量池：在方法區(qū)中常量引用的對象，譬如字符串常量池（String Constant Pool）里面的引用

若一個 class 能夠用到其他的 class 對象稱之為根對象

4. JNI 指針：在本地方法棧中 JNI（Java Native Interface）方法引用的對象
5. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型 Class 對象：Java 虛擬機內(nèi)部的引用，如 int 類型對應(yīng) Class 對象是 Integer.TYPE 或 int.class、long 類型對應(yīng) Class 對象是 Long.TYPE 或 long.class
6. 常駐異常對象：Java 虛擬機內(nèi)部的引用，如 NullPointException、OutOfMemoryError
7. 系統(tǒng)類加載器
8. 同步鎖持有對象：被同步鎖 synchronized 持有的對象

GC Roots 是垃圾收集器判斷對象是否存活的起點，不同的垃圾收集器會根據(jù) GC Roots 選擇合適的垃圾回收算法來進行垃圾回收、內(nèi)存管理，它們的共同協(xié)作以確保內(nèi)存的有效利用和程序的正常執(zhí)行

常見的垃圾回收算法：復制（Copying）算法、標記-清除 （Mark-Sweep）算法、標記-整理（Mark-Compact）算法

至于很多人說還有分代算法，在我看來，分代模型應(yīng)該是最準確的說法，分代算法不是指具體的一種算法，而是一種垃圾回收的策略或模型

由于對象的生命周期大部分是朝生夕死的，只有少數(shù)對象是長期存活的，基于此，垃圾收集器將堆內(nèi)存劃分為不同的代，分代模型將堆內(nèi)存主要劃分為新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）

G1 垃圾收集器邏輯分代，物理不分代

ZGC、Shenandoah 垃圾收集器沒有物理分代，也沒有邏輯分代

其他的垃圾收集器一般要么作用于新生代要么作用于老年代，例如：Parallel Scavenge-新生代、Parallel Old-老年代

關(guān)于垃圾回收算法、垃圾收集器后續(xù)文章見分曉，這里不過多展開～

總結(jié)

該篇博文講解判定對象是否存活的條件通過什么方式去做的，引用計數(shù)器算法、根可達算法，在引用計數(shù)器算法中，通過簡單的案例來演示在 Java 程序中并未通過該算法來判定對象是否存活，而是通過根可達算法去作判別的，羅列了 Java GC Roots 不同的種類，簡要闡述了為下文作鋪墊的垃圾回收算法、垃圾收集器，希望能先帶你一起了解這方面的前置知識！

參考文獻：《深入理解 Java 虛擬機》周志明著

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