跟面试官聊到JVM,他99%会让你谈谈这个问题!

但凡问到 JVM(Java 虚拟机)通常有 99% 的概率一定会问:在 JVM 中如何判断一个对象的生死状态?

本文就来聊聊这个问题,判断对象的生死状态的算法有以下几个:

1、引用计数器算法

引用计算器判断对象是否存活的算法是这样的:给每一个对象设置一个引用计数器,每当有一个地方引用这个对象的时候,计数器就加1,与之相反,每当引用失效的时候就减1。

优点:实现简单、性能高。

缺点:增减处理频繁消耗cpu计算、计数器占用很多位浪费空间、最重要的缺点是无法解决循环引用的问题。

因为引用计数器算法很难解决循环引用的问题,所以主流的Java虚拟机都没有使用引用计数器算法来管理内存。

public class ReferenceDemo {
     public Object instance = null;
     private static final int _1Mb = 1024 * 1024;
     private byte [] bigSize = new byte[10 * _1Mb]; // 申请内存
     public static void main(String [] args) {
           System.out.println(String.format("开始:%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("运行:%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
           referenceDemo = null;
           referenceDemo2 = null;
           System.gc(); // 手动触发垃圾回收
           System.out.println(String.format("结束:%d M",Runtime.getRuntime().freeMemory() / (1024 * 1024)));
           }
}

运行的结果:

开始:117 M

运行中:96 M

结束:119 M

从结果可以看出,虚拟机并没有因为相互引用就不回收它们,也侧面说明了虚拟机并不是使用引用计数器实现的。

2、可达性分析算法

在主流的语言的主流实现中,比如Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可达性分析算法来判断对象是否存活的。

这个算法的核心思路就是通过一些列的“GC Roots”对象作为起始点,从这些对象开始往下搜索,搜索所经过的路径称之为“引用链”。

当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候,证明此对象是可以被回收的。如下图所示:

image

在Java中,可作为GC Roots对象的列表:

  • Java虚拟机栈中的引用对象。

  • 本地方法栈中JNI(既一般说的Native方法)引用的对象。

  • 方法区中类静态常量的引用对象。

  • 方法区中常量的引用对象。

对象生死与引用的关系

从上面的两种算法来看,不管是引用计数法还是可达性分析算法都与对象的“引用”有关,这说明:对象的引用决定了对象的生死。

那对象的引用都有那些呢?

在JDK1.2之前,引用的定义很传统:如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址,就称这块内存代表着一块引用。

这样的定义很纯粹,但是也很狭隘,这种情况下一个对象要么被引用,要么没引用,对于介于两者之间的对象显得无能为力。

JDK1.2之后对引用进行了扩充,将引用分为:

  • 强引用(Strong Reference)

  • 软引用(Soft Reference)

  • 弱引用(Weak Reference)

  • 虚引用(Phantom Reference)

这也就是文章开头第一个问题的答案,对象不是非生即死的,当空间还足够时,还可以保留这些对象

如果空间不足时,再抛弃这些对象。很多缓存功能的实现也符合这样的场景。

强引用、软引用、弱引用、虚引用,这4种引用的强度是依次递减的。

强引用:在代码中普遍存在的,类似“Object obj = new Object()”这类引用,只要强引用还在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

软引用:是一种相对强引用弱化一些的引用,可以让对象豁免一些垃圾收集,只有当jvm认为内存不足时,才会去试图回收软引用指向的对象。jvm会确保在抛出OutOfMemoryError之前,清理软引用指向的对象。

弱引用:非必需对象,但它的强度比软引用更弱,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。

虚引用:也称为幽灵引用或幻影引用,是最弱的一种引用关系,无法通过虚引用来获取一个对象实例,为对象设置虚引用的目的只有一个,就是当着个对象被收集器回收时收到一条系统通知。

死亡标记与拯救

在可达性算法中不可达的对象,并不是“非死不可”的,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记的过程。

如果对象在进行可达性分析之后,没有与GC Roots相连接的引用链,它会被第一次标记,并进行筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。

执行finalize()方法的两个条件:

1、重写了finalize()方法。

2、finalize()方法之前没被调用过,因为对象的finalize()方法只能被执行一次。

如果满足以上两个条件,这个对象将会放置在F-Queue的队列之中,并在稍后由一个虚拟机自建的、低优先级Finalizer线程来执行它。

对象的“自我拯救”

finalize()方法是对象脱离死亡命运最后的机会,如果对象在finalize()方法中重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可,比如把自己(this关键字)赋值给某个类变量或对象的成员变量。

来看具体的实现代码:

public class FinalizeDemo {
      public static FinalizeDemo Hook = null;
      @Override
      protected void finalize() throws Throwable {
            super.finalize();
            System.out.println("执行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执行
            if (Hook != null) {
                System.out.println("我还活着");
            } else {
                System.out.println("我已经死了");
            }
           // 第二次,代码完全一样
           Hook = null;
           System.gc();
           Thread.sleep(500); // 等待finalize执行
           if (Hook != null) {
               System.out.println("我还活着");
           } else {
               System.out.println("我已经死了");
        }
    }
}

执行的结果:

执行finalize方法
我还活着
我已经死了

从结果可以看出,任何对象的finalize()方法都只会被系统调用一次。

不建议使用finalize()方法来拯救对象,原因如下:

1、对象的finalize()只能执行一次。
2、它的运行代价高昂。
3、不确定性大。
4、无法保证各个对象的调用顺序。

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