在c++中，當(dāng)我們使用完某個(gè)對(duì)象的時(shí)候，需要顯示的將對(duì)象回收，如果忘記回收，則會(huì)導(dǎo)致無(wú)用對(duì)象一直在內(nèi)存里，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。在java中，jvm會(huì)幫助我們進(jìn)行垃圾回收，無(wú)需程序員自己寫(xiě)代碼進(jìn)行回收。

首先jvm需要解決的問(wèn)題是：如何判斷一個(gè)對(duì)象是否是垃圾，是否可以被回收呢？一般都是通過(guò)引用計(jì)數(shù)法，可達(dá)性算法。

引用計(jì)數(shù)法

對(duì)每個(gè)對(duì)象的引用進(jìn)行計(jì)數(shù)，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)計(jì)數(shù)器+1、引用失效（改為引用其他對(duì)象，賦值為null，或者生命周期結(jié)束）則-1，引用的計(jì)數(shù)放到對(duì)象頭中，大于0的對(duì)象被認(rèn)為是存活對(duì)象，一旦某個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器為 0，則說(shuō)明該對(duì)象已經(jīng)死亡，便可以被回收了。

public void f(){
    Object a = new Object(); // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為1
    g(a);
    // 退出g(a)，對(duì)象b的生命周期結(jié)束，對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為1
}// 退出f(), 對(duì)象a的生命周期結(jié)束，引用計(jì)數(shù)為0

public void g(Object a){
    Object b = a; // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為2
	Object c = a; // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為3
    Object d = a; // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為4
	d = new Object(); // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為3
	c = null; // 對(duì)象a引用計(jì)數(shù)為2
}

引用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但是存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是無(wú)法檢測(cè)循環(huán)依賴(lài)。如下所示：

public class A{
    public B b;
	public A(){
    
    }
}

public class A{
    public A a;
    public B(){
    
    }
}

A a = new A(); // a的計(jì)數(shù)為1
B b = new B(); // b的計(jì)數(shù)為1
a.b = b; // b的計(jì)數(shù)為2
b.a = a; // a的計(jì)數(shù)為2
a = null; // a的計(jì)數(shù)為1
b = null; // b的計(jì)數(shù)為1

最終a,b的計(jì)數(shù)都為1，無(wú)法被識(shí)別為垃圾，所以無(wú)法被回收。

Python使用的就是引用計(jì)數(shù)算法，Python的垃圾回收機(jī)制，很大一部分是為了處理可能產(chǎn)生的循環(huán)引用，是對(duì)引用計(jì)數(shù)的補(bǔ)充。

雖然循環(huán)引用的問(wèn)題可通過(guò)Recycler算法解決，但是在多線程環(huán)境下，引用計(jì)數(shù)變更也要進(jìn)行昂貴的同步操作，性能較低，早期的編程語(yǔ)言會(huì)采用此算法。

可達(dá)性算法

介紹

Java最終并沒(méi)有采用引用計(jì)數(shù)算法，JVM的主流垃圾回收器采取的是可達(dá)性分析算法。

我們把對(duì)象之間的引用關(guān)系用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的有向圖來(lái)表示。圖中的頂點(diǎn)表示對(duì)象。如果對(duì)象A中的變量引用了對(duì)象B，那么，我們便在對(duì)象A對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和對(duì)象B對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)之間畫(huà)一條有向邊。

在有向圖中，有一組特殊的頂點(diǎn)，叫做GC Roots。哪些對(duì)象可以作為GC Roots呢？

• 系統(tǒng)加載的類(lèi)：rt.jar。
• JNI handles。
• 線程運(yùn)行棧上所有引用，包括方法參數(shù)，創(chuàng)建的局部變量等。
• 已啟動(dòng)未停止的java線程。
• 已加載類(lèi)的靜態(tài)變量。
• 用于同步的監(jiān)控，調(diào)用了對(duì)象的wait()/notify()/notifyAll()。

JVM以GC Roots為起點(diǎn)，遍歷（深度優(yōu)先遍歷或廣度優(yōu)先遍歷）整個(gè)圖，可以遍歷到的對(duì)象為可達(dá)對(duì)象，也叫做存活對(duì)象，遍歷不到的對(duì)象為不可達(dá)對(duì)象，也叫做死亡對(duì)象。死亡對(duì)象會(huì)被虛擬機(jī)當(dāng)做垃圾回收。

JVM實(shí)際上采用的是三色算法來(lái)遍歷整個(gè)圖的，遍歷走過(guò)的路徑被稱(chēng)為reference chain。

• Black: 對(duì)象可達(dá)，且對(duì)象的所有引用都已經(jīng)掃描了（“掃描”在可以理解成遍歷過(guò)了或加入了待遍歷的隊(duì)列）
• Gray: 對(duì)象可達(dá)，但對(duì)象的引用還沒(méi)有掃描過(guò)（因此 Gray 對(duì)象可理解成在搜索隊(duì)列里的元素）
• White: 不可達(dá)對(duì)象或還沒(méi)有掃描過(guò)的對(duì)象

引用級(jí)別

遍歷到的對(duì)象一定會(huì)存活嗎？事實(shí)上，JVM會(huì)根據(jù)對(duì)象A對(duì)對(duì)象B的引用強(qiáng)不強(qiáng)烈作出相應(yīng)的回收措施。

基于此JVM根據(jù)引用關(guān)系的強(qiáng)烈，將引用關(guān)系分為四個(gè)等級(jí)：強(qiáng)引用，軟引用，弱引用，虛幻引用。

強(qiáng)引用

類(lèi)似Object obj = new Object() 這類(lèi)的引用都屬于強(qiáng)引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾回收器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象，只有在和GC Roots斷絕關(guān)系時(shí)，才會(huì)被回收。

如果要對(duì)強(qiáng)引用進(jìn)行垃圾回收，需要設(shè)置強(qiáng)引用對(duì)象為 null，或者讓其超出對(duì)象的生命周期范圍，則認(rèn)為改對(duì)象不存在引用。類(lèi)似obj = null;

參考代碼：

public void clear() {
    modCount++;
    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

軟引用

用于描述一些還有用但并非必需的對(duì)象。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出之前，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收。如果這次回收還沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常?？梢允褂?code>SoftReference 類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)軟引用。

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> softRef = new SoftReference(obj);

弱引用

也是用于描述非必需對(duì)象的，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時(shí)，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象?？梢允褂?code>WeakReference 類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)弱引用。

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(obj);
obj = null;
System.gc();
TimeUnit.SECONDS.sleep(200);
System.out.println(weakReference.get());
System.out.println(weakReference.isEnqueued());

虛引用

它是最弱的一種引用關(guān)系。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無(wú)法通過(guò)虛引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例。為一個(gè)對(duì)象設(shè)置一個(gè)虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的是能在這個(gè)對(duì)象被垃圾回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知?？梢酝ㄟ^(guò)PhantomReference 來(lái)實(shí)現(xiàn)虛引用。

Object obj = new Object();
ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(obj, refQueue);
System.out.println(phantomReference.get());
System.out.println(phantomReference.isEnqueued());

基于虛引用，有一個(gè)更加優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)方式，那就是Java 9以后新加入的Cleaner，用來(lái)替代Object類(lèi)的finalizer方法。

STW

雖然可達(dá)性分析的算法本身很簡(jiǎn)明，但是在實(shí)踐中還是有不少其他問(wèn)題需要解決的。我們把運(yùn)行應(yīng)用程序的線程叫做用戶(hù)線程，把執(zhí)行垃圾回收的線程叫做垃圾回收線程，如果在執(zhí)行垃圾回收線程的同時(shí)還在執(zhí)行用戶(hù)線程，那么對(duì)象的引用關(guān)系可能會(huì)在垃圾回收途中被用戶(hù)線程修改，從而造成誤報(bào)（將引用設(shè)置為 null）或者漏報(bào)（將引用設(shè)置為未被訪問(wèn)過(guò)的對(duì)象）

誤報(bào)并沒(méi)有什么傷害，Java 虛擬機(jī)至多損失了部分垃圾回收的機(jī)會(huì)。漏報(bào)則比較麻煩，因?yàn)槔厥掌骺赡芑厥帐聦?shí)上仍被引用的對(duì)象內(nèi)存，導(dǎo)致程序出錯(cuò)。

為了解決漏報(bào)的問(wèn)題，保證垃圾回收線程不會(huì)被用戶(hù)線程打擾，最簡(jiǎn)單粗暴的方式就是在垃圾回收的過(guò)程中，暫停用戶(hù)線程，直到垃圾回收結(jié)束，再恢復(fù)用戶(hù)線程，這就是STW(STOP THE WORLD)。

但是如果STW的時(shí)間過(guò)程，就會(huì)嚴(yán)重影響程序的性能，因此優(yōu)化垃圾回收過(guò)程，盡量減少STW的時(shí)間，是垃圾回收器努力優(yōu)化的方向，

安全點(diǎn)

上述除了STW的響應(yīng)時(shí)間的問(wèn)題，還有另外一個(gè)問(wèn)題，就是如何從一個(gè)正確的狀態(tài)停止，再?gòu)倪@個(gè)狀態(tài)正確恢復(fù)。Java虛擬機(jī)中的STW是通過(guò)安全點(diǎn)（safepoint）機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)Java虛擬機(jī)收到STW請(qǐng)求，它便會(huì)等待所有的線程都到達(dá)安全點(diǎn)，才允許請(qǐng)求Stop-the-world的線程進(jìn)行獨(dú)占的工作。

當(dāng)然，安全點(diǎn)的初始目的并不是讓用戶(hù)線程立刻停下，而是找到一個(gè)穩(wěn)定的執(zhí)行狀態(tài)。在這個(gè)執(zhí)行狀態(tài)下，JVM的堆棧不會(huì)發(fā)生變化。這么一來(lái)，垃圾回收器便能夠“安全”地執(zhí)行可達(dá)性分析，才能找到完整GC Roots。

是不是所有的用戶(hù)線程在垃圾回收的時(shí)候都要停止呢？實(shí)際上，JVM也做了優(yōu)化，如果某個(gè)線程處于安全區(qū)（不會(huì)改變對(duì)象引用關(guān)系的一段連續(xù)的代碼區(qū)間），那么這個(gè)線程不需要停止，可以和垃圾回收線程并行執(zhí)行。一旦離開(kāi)安全區(qū)，JVM會(huì)檢查是否處于STW階段，如果是，則需要阻塞該線程，等垃圾回收完再恢復(fù)。

以上就是詳解JVM如何判斷一個(gè)對(duì)象是否可以被回收的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JVM對(duì)象回收的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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