JVM如何判断一个Java对象是否可以回收

程序小英雄 2016-12-21 01:02

总所周知，Java将程序员从内存管理中解放出来，使得我们在编写代码的时候不用手动的分配和释放内存，内存管理的任务由JVM承担起来。本文就将讲解JVM在回收对象之前，如何判断一个对象是否应该被回收。

在此之前，我们先来复习一个和Java对象回收有关的知识，那便是finalize方法，这是一个在Object类中定义的方法，如果我们重写了finalize方法，那么在对象被回收之前将会调用finalize方法，如果我们在finalize方法中将对象和某个还在生命周期的对象关联上，那么这个对象还有可能在回收之前被复活，当然这种机会只有一次，当第二次遇到回收时，将不会再调用finalize方法。

下面我们正式介绍Java对象是否存活的判断算法——根搜索算法。这个算法的思路其实很简单，它把内存中的每一个对象都看作一个节点，并且定义了一些对象作为根节点“GC Roots”。如果一个对象中有另一个对象的引用，那么就认为第一个对象有一条指向第二个对象的边，如下图所示。JVM会起一个线程从所有的GC Roots开始往下遍历，当遍历完之后如果发现有一些对象不可到达，那么就认为这些对象已经没有用了，需要被回收。



根搜索算法图解

这个算法的关键就在于GC Roots的定义，教科书中给出了四种作为GC Roots的对象，首先第一种是虚拟机栈中的引用的对象，我们在程序中正常创建一个对象，对象会在堆上开辟一块空间，同时会将这块空间的地址作为引用保存到虚拟机栈中，如果对象生命周期结束了，那么引用就会从虚拟机栈中出栈，因此如果在虚拟机栈中有引用，就说明这个对象还是有用的，这种情况是最常见的。第二种是我们在类中定义了全局的静态的对象，也就是使用了static关键字，由于虚拟机栈是线程私有的，所以这种对象的引用会保存在共有的方法区中，显然将方法区中的静态引用作为GC
Roots是必须的。第三种便是常量引用，就是使用了static final关键字，由于这种引用初始化之后不会修改，所以方法区常量池里的引用的对象也应该作为GC Roots。最后一种是在使用JNI技术时，有时候单纯的Java代码并不能满足我们的需求，我们可能需要在Java中调用C或C++的代码，因此会使用native方法，JVM内存中专门有一块本地方法栈，用来保存这些对象的引用，所以本地方法栈中引用的对象也会被作为GC Roots。

至此，我们已经了解了平时生成的大部分对象是如何被JVM标记为可回收的。但是在Java中，还存在一些其它的情况，这就要从引用讲起了。我们平时使用的Java对象通常认为只有两种状态，一种是被引用了，在程序中还在使用，另一种是没有被引用，可以被JVM回收。但实际上，Java中的引用一共有四种，它们分别是强引用、软引用、弱引用和虚引用，下面我们来分别介绍。

首先来说说强引用，强引用就是我们平常用的类似于“Object obj = new Object()”的引用，只要obj的生命周期没结束，或者没有显示地把obj指向为null，那么JVM就永远不会回收这种对象。

软引用相对强引用来说就要脆弱一点，JVM正常运行时，软引用和强引用没什么区别，但是当内存不够用时，濒临逸出的情况下，JVM的垃圾收集器就会把软引用的对象回收。在JDK中提供了SoftReference类来实现软引用，如下图的代码示例所示：



软引用代码示例
如上图代码，我们定义了SoftReferenceTest类，并重写了finalize方法，在main方法中我们往一个list里不断加值，使程序出现内存逸出的可能，只要我们将while循环中的阈值调大，就会输出finalize方法中的内容，调小就不会输出，下图便是调大时的输出。由于软引用自身的特点，所以比较适合作为应用的缓存。



软引用代码输出
弱引用比软引用更加脆弱，弱引用的对象将会在下一次的gc被回收，不管JVM内存被占用多还是少。在JDK中使用WeakReference来实现弱引用，代码示例如下图所示：



弱引用代码示例

上图代码中我们显示执行了一次gc，弱引用将会被回收，执行结果如下图：



弱引用代码输出

虚引用是最脆弱的引用，我们没有办法通过一个虚引用来获得对象，即使在没有gc之前。虚引用需要和一个引用队列配合使用，在JDK中提供了PhantomReference来实现虚引用，代码示例如下图：



虚引用代码示例
由于虚引用没有办法访问对象实例，所以我们无法通过对象实例来判断是否被回收，但是我们传入引用队列，在对象被真正清除时，将会被加入到引用队列中，referenceQueue.remove(2000)将会阻塞2秒等待对象入队列，并移除打印。可以看下图输出，可以看出第一次gc虽然执行了finalize方法，但是对象并没有马上被清除，而是在第二次gc的时候才真正被清除。这是由于PhantomReference的处理过程和上面的引用不同，如果重写了finalize方法，那么必须保证finalize方法运行完之后才能加入引用队列，所以如果将代码中的finalize方法取掉，那么在第一次gc之后就可以加入到引用队列。



虚引用代码输出

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