JVM（三）對象的生死判定和算法詳解
好的文章是能把各個知識點，通過邏輯關系串連起來，讓人豁然開朗的同時又記憶深刻。
導讀：對象除了生死之外，還有其他狀態嗎？對象真正的死亡，難道只經歷一次簡單的判定？如何在垂死的邊緣“拯救”一個將死對象？判斷對象的生死存活都有那些算法？本文帶你一起找到這些答案。
在正式開始之前，我們先來了解一下垃圾回收。
GC介紹
GC：Garbage Collection，中文翻譯為垃圾回收。
GC的歷史
GC有著很長的歷史了，最初的GC算法發布於1960年（已經快有60年的歷史了），Lisp之父John McCarthy發布的，他是一名非常有名的黑客，也是人工智能之父，同時也是GC之父。
為什麽要學習GC？
1、排查內存溢出和內存泄露的問題。
2、系統調優，處理更高的並發瓶頸。
GC的作用
1、找到內存空間的垃圾。
2、回收垃圾。
對象生死判斷算法
垃圾回收的第一步就是判斷對象是否存活，只有“死去”的對象，才會被垃圾回收器所收回。
引用計數器算法
引用計算器判斷對象是否存活的算法是這樣的：給每一個對象設置一個引用計數器，每當有一個地方引用這個對象的時候，計數器就加1，與之相反，每當引用失效的時候就減1。
優點：實現簡單、性能高。
缺點：增減處理頻繁消耗cpu計算、計數器占用很多位浪費空間、最重要的缺點是無法解決循環引用的問題。
因為引用計數器算法很難解決循環引用的問題，所以主流的Java虛擬機都沒有使用引用計數器算法來管理內存。
來看一段循環引用的代碼：
public class ReferenceDemo { public Object instance = null; private static final int _1Mb = 1024 * 1024; private byte[] bigSize = new byte[10 * _1Mb]; // 申請內存 public static void main(String[] args) { System.out.println(String.format("開始：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024))); ReferenceDemo referenceDemo = new ReferenceDemo(); ReferenceDemo referenceDemo2 = new ReferenceDemo(); referenceDemo.instance = referenceDemo2; referenceDemo2.instance = referenceDemo; System.out.println(String.format("運行：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024))); referenceDemo = null; referenceDemo2 = null; System.gc(); // 手動觸發垃圾回收 System.out.println(String.format("結束：%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024))); } }
運行的結果：
開始：117 M
運行中：96 M
結束：119 M
從結果可以看出，虛擬機並沒有因為相互引用就不回收它們，也側面說明了虛擬機並不是使用引用計數器實現的。
可達性分析算法
在主流的語言的主流實現中，比如Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可達性分析算法來判斷對象是否存活的。
這個算法的核心思路就是通過一些列的“GC Roots”對象作為起始點，從這些對象開始往下搜索，搜索所經過的路徑稱之為“引用鏈”。
當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連的時候，證明此對象是可以被回收的。如下圖所示：
在Java中，可作為GC Roots對象的列表：
- Java虛擬機棧中的引用對象。
- 本地方法棧中JNI（既一般說的Native方法）引用的對象。
- 方法區中類靜態常量的引用對象。
- 方法區中常量的引用對象。
對象生死與引用的關系
從上面的兩種算法來看，不管是引用計數法還是可達性分析算法都與對象的“引用”有關，這說明：對象的引用決定了對象的生死。那對象的引用都有那些呢？
在JDK1.2之前，引用的定義很傳統：如果reference類型的數據中存儲的數值代表的是另一塊內存的起始地址，就稱這塊內存代表著一塊引用。
這樣的定義很純粹，但是也很狹隘，這種情況下一個對象要麽被引用，要麽沒引用，對於介於兩者之間的對象顯得無能為力。
JDK1.2之後對引用進行了擴充，將引用分為：
- 強引用（Strong Reference）
- 軟引用（Soft Reference）
- 弱引用（Weak Reference）
- 虛引用（Phantom Reference）
這也就是文章開頭第一個問題的答案，對象不是非生即死的，當空間還足夠時，還可以保留這些對象，如果空間不足時，再拋棄這些對象。很多緩存功能的實現也符合這樣的場景。
強引用、軟引用、弱引用、虛引用，這4種引用的強度是依次遞減的。
強引用：在代碼中普遍存在的，類似“Object obj = new Object()”這類引用，只要強引用還在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。
軟引用：是一種相對強引用弱化一些的引用，可以讓對象豁免一些垃圾收集，只有當jvm認為內存不足時，才會去試圖回收軟引用指向的對象。jvm會確保在拋出OutOfMemoryError之前，清理軟引用指向的對象。
弱引用：非必需對象，但它的強度比軟引用更弱，被弱引用關聯的對象只能生存到下一次垃圾收集發生之前。
虛引用：也稱為幽靈引用或幻影引用，是最弱的一種引用關系，無法通過虛引用來獲取一個對象實例，為對象設置虛引用的目的只有一個，就是當著個對象被收集器回收時收到一條系統通知。
死亡標記與拯救
在可達性算法中不可達的對象，並不是“非死不可”的，要真正宣告一個對象死亡，至少要經歷兩次標記的過程。
如果對象在進行可達性分析之後，沒有與GC Roots相連接的引用鏈，它會被第一次標記，並進行篩選，篩選的條件是此對象是否有必要執行finalize()方法。
執行finalize()方法的兩個條件：
1、重寫了finalize()方法。
2、finalize()方法之前沒被調用過，因為對象的finalize()方法只能被執行一次。
如果滿足以上兩個條件，這個對象將會放置在F-Queue的隊列之中，並在稍後由一個虛擬機自建的、低優先級Finalizer線程來執行它。
對象的“自我拯救”
finalize()方法是對象脫離死亡命運最後的機會，如果對象在finalize()方法中重新與引用鏈上的任何一個對象建立關聯即可，比如把自己（this關鍵字）賦值給某個類變量或對象的成員變量。
來看具體的實現代碼：
public class FinalizeDemo {
public static FinalizeDemo Hook = null;
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("執行finalize方法");
FinalizeDemo.Hook = this;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Hook = new FinalizeDemo();
// 第一次拯救
Hook = null;
System.gc();
Thread.sleep(500); // 等待finalize執行
if (Hook != null) {
System.out.println("我還活著");
} else {
System.out.println("我已經死了");
}
// 第二次，代碼完全一樣
Hook = null;
System.gc();
Thread.sleep(500); // 等待finalize執行
if (Hook != null) {
System.out.println("我還活著");
} else {
System.out.println("我已經死了");
}
}
}執行的結果：
執行finalize方法
我還活著
我已經死了
從結果可以看出，任何對象的finalize()方法都只會被系統調用一次。
不建議使用finalize()方法來拯救對象，原因如下：
1、對象的finalize()只能執行一次。
2、它的運行代價高昂。
3、不確定性大。
4、無法保證各個對象的調用順序。
參考
《深入理解Java虛擬機》
《垃圾回收的算法與實現》
※ 為寫好一篇技術文章，背後是讀了兩本書的“艱辛”。寫作不易，請多支持!!!
最後
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