A5. JVM 如何判断GC对象

【概述】

　　在堆里面存放着 Java 世界中几乎所有的对象实例，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之中哪些还 “存活” 着，哪些已经 “死去”（即不可能再被任何途径使用的对象）。

【引用计数算法（Reference Counting）】

　　算法逻辑是这样的：给对象中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。

　　客观地讲，引用计数算法的实现简单，判定效率也很高，在大部分情况下它都是一个不错的算法，也有一些著名的应用案例，例如微软公司的COM（Component Object Model）技术、使用 ActionScript3 的 FlashPlayer、Python 语言和在游戏脚本领域被广泛应用的 Squirel 中都使用了引用计数算法进行内存管理。但是，至少主流的 Java 虚拟机里面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相互循环引用的问题。

【可达性分析算法（Reachability Analysis）】

　　在主流的商用程序语言（Java，C#）的主流实现中，都是通过可达性分析来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列被称为 “GC Roots” 的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）, 当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连（用图论来说，即从 GC Roots 到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。如下图所示，对象 object5、object6、object7 虽然互相有关联，但是它们到 GC Roots 是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

　　在 Java 语言中，可作为 GC Roots 的对象可包括对面几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）引用的对象

【引用分类】

• 强引用：指在程序代码之中普遍存在的，类似 “Object obj = new Object()” 这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
• 软引用：用来描述一些还有用但并非必须的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列入回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。JDK1.2 之后，提供了 SoftReference 类来实现软引用。
• 弱引用：也是用来描述非必须对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。JDK1.2 之后，提供了 WeakReference 类来实现弱引用。
• 虚引用：是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。JDK1.2 之后，提供了 PhantomReference 类来实现虚引用。

【生存还是死亡？】

　　即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是 “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死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与 GC Roots 相连接的引用链，那它将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，虚拟机将这两种情况都视为 “没有必要执行”。

　　如果这个对象被判定为有必要执行 finalize() 方法，那么这个对象将会放置在一个叫做 F-Queue 的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自动创建的、低优先级的 Finalizer 线程去执行它。这里的 “执行” 是指虚拟机会触发这个方法，但不承诺会等待它运行结束，这样做的原因是，如果一个对象在 finalize() 方法中执行缓慢，或者发生死循环（更极端的情况），将很可能会导致 F-Queue 队列中其他对象永久处于等待，甚至导致整个内存回收系统崩溃。finalize() 方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后 GC 将对 F-Queue 中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在 finalize() 中成功拯救自己，只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，比如在自己（this 关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出 “即将回收” 的集合；如果对象这个时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。