JVM 垃圾回收机制(可达性分析、引用计数)

1 什么是垃圾

垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象,就是需要被回收的。

2 为什么需要回收

  • 执行程序会不断地分配内存空间,如果不进行回收,内存迟早都会被消耗完。

  • 除了释放没用的对象,垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端,以便JVM将整理出来的内存分配给新的对象

3 哪些对象被判定为垃圾呢

在堆空间和元空间中,GC这条守护线程会对这些空间开展垃圾回收⼯作,那么GC如何判断这些空间的对象是否是垃圾,有两种算法引用计数法可达性分析算法

3.1 引用计数法

​ 每个对象有个引用计数器属性,记录被引用的情况。对象被引⽤,则计数器+1,如果计数器是0,那么对象将被判定为是垃圾,于是被回收。

这种算法,实现简单,判定效率高。但缺点是需要需要单独的字段存储计数器,每次赋值都需要更新计数器,增加了空间和时间的开销。缺最严重的是无法解决循环依赖问题。因此JVM⽬前的主流⼚商Hotspot没有使⽤这种算法。

注:什么是循环依赖问题?

如下图所示,p引用了A,对象A间接引用了C,C又引用了A。方法执行完p不再需要引用A,但A和C的引用没有消失,引用计数器还都是1,不会被回收。
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3.2 可达性分析算法:GC Roots根

该算法的基本思想就是:

通过一系列被称为「GC Roots」的根对象作为起始节点集,从这些节点开始,通过引用关系向下搜寻,搜寻走过的路径称为「引用链」,如果某个对象到GC
Roots没有任何引用链相连,就说明该对象不可达,即可以被回收。

哪些会被认定为GC Roots根呢?

  • 方法区静态属性引用的对象
    全局对象的一种,Class对象本身很难被回收,回收的条件非常苛刻,只要Class对象不被回收,静态成员就不能被回收。
  • 方法区常量池引用的对象
    也属于全局对象,例如字符串常量池,常量本身初始化后不会再改变,因此作为GC Roots也是合理的。
  • 方法栈中栈帧局部变量表引用的对象
    属于执行上下文中的对象,线程在执行方法时,会将方法打包成一个栈帧入栈执行,方法里用到的局部变量会存放到栈帧的局部变量表中。只要方法还在运行,还没出栈,就意味这局部变量表的对象还会被访问,GC就不应该回收,所以这一类对象也可作为GC Roots。
  • 本地方法栈中引用的对象
    和上一条本质相同,无非是一个是Java方法栈中的变量引用,一个是native方法(C、C++)方法栈中的变量引用。
  • 被同步锁持有的对象
    synchronized锁住的对象也是绝对不能回收的,当前有线程持有对象锁呢,GC如果回收了对象,锁不就失效了。

五种变量的位置如下:

静态变量会在方法区中存一个引用,市级指向堆内存,局部变量表也是如此。

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总结

可达性分析就是JVM首先枚举根节点,找到一些为了保证程序能正常运行所必须要存活的对象,然后以这些对象为根,根据引用关系开始向下搜寻,存在直接或间接引用链的对象就存活,不存在引用链的对象就回收。

GC再扫描堆空间的某个节点时,会向上遍历,看看能不能遍历到gc roots根节点,如果不能,那么意味着这个对象是垃圾。

例如下图,对象4、5、6都没有和GC Root根节点相连,会被判定为垃圾回收。
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