JVM庖丁解牛之GC Roots

小鱼儿 2022-04-04 15:14 465阅读 0赞

在Java内存运行时的各个部分中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程生而生灭而灭，栈中的栈帧随方法的进入和退出而有条不紊的进行入栈和出栈操作。因此这几个区域的内存分配和回收都具有确定性，不需要过多考虑回收的问题。

但是Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也不一样，我们只有在程序处于运行期才能知道创建哪些对象，这部分的内存的分配与回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分的内存。

堆中几乎存放着Java世界所有的对象实例，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有哪些是“存活”着，哪些已经“死去”。

## 引用计数算法 ##

原理：给对象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。

客观地说，该算法实现简单，判定效率在大部分情况下是一个不错的算法，也有一些较著名的应用案例。

但是Java语言中并没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的原因是它很难解决对象之间的相互循环引用问题。

## 根搜索算法 ##

在主流的商用程序语言中（Java和C\#），都是用根搜索算法判定对象是否存活。

**基本思路**

通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索过的路径称为引用链，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，则证明对象是不可用的。

在Java中，可以作为GC Roots的对象包括下面几种：

1）虚拟机栈中引用的对象；  
2）方法区中类静态属性引用的对象；  
3）方法区中的常量引用的对象；  
4）本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用的对象。

## 生存还是死亡？ ##

在根搜索算法中不可达的对象也并非“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的死亡，只是要经历两次标记过程：

如果对象在进行根搜索后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它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，则都不会再执行。此时对象再也没有“自救”机会。

如果对象被判定为有必要执行`finalize()`方法，那么这个对象将会被放在名为F-Queue的队列中，并在稍后一条由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalize线程去执行。这里所谓的执行是指虚拟机会触发这个方法，但并不承诺会等待进行结束。

`finalize()`方法是对象逃脱死亡的最后一次机会，并且只会有一次。稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要想在`finalize()`中成功拯救自己，只要重新与引用链上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。

示例：

public class FinalizeEscapeGC { 
    
        private static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;
    
        private void checkStatus() { 
            System.out.println("Hi, I'm still here!");
        }
    
        @Override
        protected void finalize() throws Throwable { 
            super.finalize();
            System.out.println("do finalize ..");
            // 自救
            FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
        }
    
        public static void main(String args[]) throws Throwable { 
            SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
            do { 
                SAVE_HOOK.checkStatus();
                SAVE_HOOK = null;
                // 调用该方法建议系统执行垃圾清理，但也并不一定执行
                System.gc();
                System.out.println("do gc ..");
                // 因为Finalize线程优先级较低，暂停0.1秒以等待它
                Thread.sleep(100);
            } while (SAVE_HOOK != null);
            System.out.println("Oh, Where am I?");
        }
    }

运行结果：

finalize() method executed! 
    Yes,I am still alive! 
    No, I am dead!

由此可以看出，通过`finalize()`方法确实可以自救，但只会调用一次，不会有第二次机会。