【JVM】垃圾回收之对象已死

柔光的暖阳◎ 2024-03-27 09:50 101阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1. 概述
 *  2. 引用计数算法
 *  3. 可达性分析算法
 *  4. 引用的分类
 *   *  4.1 软引用的应用

> 本文参考：[深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）][Java_JVM_3]

## 1. 概述 ##

**总所周知，垃圾收集器的任务就是将“死去”的对象回收。**

那么，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事，就是要确认这些对象是否还“存活”着。

**这里有两种算法：**

1.  引用计数算法
2.  可达性分析算法

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## 2. 引用计数算法 ##

引用计数算法就是在**对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它的时候，计数器就加一；当引用失效的时候，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。因此垃圾收集器就可以将此对象回收。**

垃圾收集器虽然需要占用额外的内存来进行计数，但是它的原理简单，判定效率也很高。**不过Java虚拟机并没有选用引用计数算法来管理内存。**

**这是因为单纯的引用计数很难解决对象之间相互循环依赖的问题。**

![image-20230128181644604][]

比如有两个对象A和B，A对象引用B对象，B对象引用A对象，除此之外再无任何引用，但是实际上这两个对象不可能再被使用。如果使用引用计数算法，因为它们两个对象相互引用着对象，所以导致引用计数器都为1，因此垃圾收集器无法回收它们。

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## 3. 可达性分析算法 ##

可达性分析算法的思路就是**通过一系列称为`“GC Roots”`的跟对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索的过程所走过的路径称为“引用链”**。

**如果某对象到`GC Roots`间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说从`GC Roots`到这个对象不可达，那么则证明此对象不可能再被使用**

![image-20230128191357640][]

图中`object5`与`object6`和`object7`虽然有关联，但是它们到`GC Root`不可达，因此可以判定为是可回收对象。

在Java中，固定可以作为`GC Roots`的对象包括以下几种

1.  **在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象**，比如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
2.  **在方法区中类静态属性引用的对象**，比如Java类的引用类型静态变量。
3.  **在方法区中常量引用对象，比如`StringTable`里的引用**。
4.  **在本地方法栈中的JNI（也就是Native方法）引用的对象**。
5.  **Java虚拟机内部的引用**，比如基本数据类型对应的Class对象，一些异常对象（`NullPointException`等），还有系统类加载器。
6.  **所有被同步锁（`synchronized`关键字）持有的对象**。
7.  **反映Java虚拟机内部的情况`JMXBean`、`JVMTI`中注册的回调、本地代码缓存等**。

除了这些，还可以根据用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象“临时性”地加入，共同构成完整的`GC Roots`

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## 4. 引用的分类 ##

在JDK1.2之前，如果`reference`类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称该`reference`数据是代表某块内存、某个对象的引用。

在JDK1.2之后，引用分为**强引用、软引用、弱引用和虚引用。**

1.  **强引用**
    
    1.  指的是程序代码中的引用赋值，比如`Object obj = new Object()`，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
2.  **软引用**
    
    1.  软引用描述的是一些还有用，但非必须的对象
    2.  被软引用关联的对象，在系统将要发生内存溢出异常时（内存不住），触发垃圾回收。在垃圾回收之后，仍然内存不足，那么如果该对象没有被强引用，就会将这些对象进行回收。也就是第二次回收。
    3.  JDK1.2之后提供了`SoftReference`实现软引用
    4.  可以配合队列来释放软引用本身
3.  **弱引用**
    
    1.  弱引用也是用来描述那些非必须的对象
    2.  被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止，无论内存是否足够，都会回收只被弱引用关联的对象。
    3.  JDK1.2之后提供了`WeakReference`实现弱引用
    4.  可以配合队列来释放弱引用本身
4.  **虚引用**
    
    1.  主要配合`ByteBuffer`使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由`Reference Handler`线程调用虚引用相关方法释放直接内存。详情可看[【JVM】详解直接内存\_起名方面没有灵感的博客-CSDN博客][JVM_-CSDN]
    2.  JDK1.2之后提供了`PhantomReference`类来实现虚引用
5.  **终结器引用**
    
    1.  无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有被回收），再由 `Finalizer`线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的 `finalize` 方法，第二次 GC 时才能回收被引用对象

![image-20230128204014313][]

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### 4.1 软引用的应用 ###

前提，添加`VM Options`——`-Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc`

`-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc`可以将垃圾回收的信息打印出来

private static final int _4MB = 10 * 1024 * 1024;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            list.add(new byte[_4MB]);
        }
        System.in.read();
    }

执行上面代码的时候，很明显会出现堆内存空间不足，因此会抛出`OutOfMemoryError`

![image-20230128205028210][]

但是改用软引用的话，就不会出现堆空间不足的情况了。

public static void soft() {
        
        // list --> SoftReference --> byte[]
    
        List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB]);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
    
        }
        System.out.println("循环结束：" + list.size());
        for (SoftReference<byte[]> ref : list) {
        
            System.out.println(ref.get());
        }
    }

![image-20230128205631791][]

看控制台不难看出，在内存不足触发垃圾回收的时候，并不会第一时间将软引用关联的对象回收，而是在第二次垃圾回收和内存仍然不足的情况下，才会将软引用的对象回收。

**可以使用队列将软引用移除**

private static final int _4MB = 4 * 1024 * 1024;
    
    public static void main(String[] args) {
        
        List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
    
        // 引用队列
        ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();
    
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
            // 关联了引用队列， 当软引用所关联的 byte[]被回收时，软引用自己会加入到 queue 中去
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB], queue);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
        }
    
        // 从队列中获取无用的 软引用对象，并移除
        Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();
        while( poll != null) {
        
            list.remove(poll);
            poll = queue.poll();
        }
    
        System.out.println("===========================");
        for (SoftReference<byte[]> reference : list) {
        
            System.out.println(reference.get());
        }
    
    }

![在这里插入图片描述][d6d0de9ce7fd4c9ea1107a623d94964b.png]

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[Java_JVM_3]: https://baike.baidu.com/item/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3Java%E8%99%9A%E6%8B%9F%E6%9C%BA%EF%BC%9AJVM%E9%AB%98%E7%BA%A7%E7%89%B9%E6%80%A7%E4%B8%8E%E6%9C%80%E4%BD%B3%E5%AE%9E%E8%B7%B5%EF%BC%88%E7%AC%AC3%E7%89%88%EF%BC%89
[image-20230128181644604]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/9a6245a19b404bf1b2f4c0121866ede2.png
[image-20230128191357640]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/9c4415f94b8744b29ecc4d6436576bd9.png
[JVM_-CSDN]: https://blog.csdn.net/weixin_51146329/article/details/128770701
[image-20230128204014313]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/f3e954bb23d04b45b5b562f9c8c2d091.png
[image-20230128205028210]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/935cfd0171aa4efb8fce2ffd0f6aae8c.png
[image-20230128205631791]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/cf26916df2ae4667a18c636a00cf2e0f.png
[d6d0de9ce7fd4c9ea1107a623d94964b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/a846b60a49de49beb28ee576aa98db34.png