說到 Java 虛擬機不得不提的一個詞就是 “垃圾回收”（GC，Garbage Collection），而垃圾回收的執行速度則影響著整個程序的執行效率，所以我們需要知道更多關于垃圾回收的具體執行細節，以便為我們選擇合適的垃圾回收器提供理論支持。 我們本課時的面試題是，如何判斷一個對象是否“死亡”？垃圾回收的算法有哪些？ #### 典型回答 垃圾回收器首先要做的就是，判斷一個對象是存活狀態還是死亡狀態，死亡的對象將會被標識為垃圾數據并等待收集器進行清除。 判斷一個對象是否為死亡狀態的常用算法有兩個：引用計數器算法和可達性分析算法。 引用計數算法（Reference Counting） 屬于垃圾收集器最早的實現算法了，它是指在創建對象時關聯一個與之相對應的計數器，當此對象被使用時加 1，相反銷毀時 -1。當此計數器為 0 時，則表示此對象未使用，可以被垃圾收集器回收。 引用計數算法的優缺點很明顯，其優點是垃圾回收比較及時，實時性比較高，只要對象計數器為 0，則可以直接進行回收操作；而缺點是無法解決循環引用的問題，比如以下代碼： ``` class CustomOne { private CustomTwo two; public CustomTwo getCustomTwo() { return two; } public void setCustomTwo(CustomTwo two) { this.two = two; } } class CustomTwo { private CustomOne one; public CustomOne getCustomOne() { return one; } public void setCustomOne(CustomOne one) { this.one = one; } } public class RefCountingTest { public static void main(String[] args) { CustomOne one = new CustomOne(); CustomTwo two = new CustomTwo(); one.setCustomTwo(two); two.setCustomOne(one); one = null; two = null; } } ``` 即使 one 和 two 都為 null，但因為循環引用的問題，兩個對象都不能被垃圾收集器所回收。 可達性分析算法（Reachability Analysis） 是目前商業系統中所采用的判斷對象死亡的常用算法，它是指從對象的起點（GC Roots）開始向下搜索，如果對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連時，也就是說此對象到 GC Roots 不可達時，則表示此對象可以被垃圾回收器所回收，如下圖所示：  當確定了對象的狀態之后（存活還是死亡）接下來就是進行垃圾回收了，垃圾回收的常見算法有以下幾個： * 標記-清除算法； * 標記-復制算法； * 標記-整理算法。 標記-清除（Mark-Sweep）算法屬于最早的垃圾回收算法，它是由標記階段和清除階段構成的。標記階段會給所有的存活對象做上標記，而清除階段會把沒有被標記的死亡對象進行回收。而標記的判斷方法就是前面講的引用計數算法和可達性分析算法。 標記-清除算法的執行流程如下圖所示：  從上圖可以看出，標記-清除算法有一個最大的問題就是會產生內存空間的碎片化問題，也就是說標記-清除算法執行完成之后會產生大量的不連續內存，這樣當程序需要分配一個大對象時，因為沒有足夠的連續內存而導致需要提前觸發一次垃圾回收動作。 標記-復制算法是標記-清除算法的一個升級，使用它可以有效地解決內存碎片化的問題。它是指將內存分為大小相同的兩塊區域，每次只使用其中的一塊區域，這樣在進行垃圾回收時就可以直接將存活的東西復制到新的內存上，然后再把另一塊內存全部清理掉。這樣就不會產生內存碎片的問題了，其執行流程如下圖所示：  標記-復制的算法雖然可以解決內存碎片的問題，但同時也帶來了新的問題。因為需要將內存分為大小相同的兩塊內存，那么內存的實際可用量其實只有原來的一半，這樣此算法導致了內存的可用率大幅降低了。 標記-整理算法的誕生晚于標記-清除算法和標記-復制算法，它也是由兩個階段組成的：標記階段和整理階段。其中標記階段和標記-清除算法的標記階段一樣，不同的是后面的一個階段，標記-整理算法的后一個階段不是直接對內存進行清除，而是把所有存活的對象移動到內存的一端，然后把另一端的所有死亡對象全部清除，執行流程圖如下圖所示：  #### 考點分析 本題目考察的是關于垃圾收集的一些理論算法問題，都屬于概念性的問題，只要深入理解之后還是挺容易記憶的。和此知識點相關的面試題還有這些： * Java 中可作為 GC Roots 的對象有哪些？ * 說一下死亡對象的判斷細節？ #### 知識擴展 * [ ] GC Roots 在 Java 中可以作為 GC Roots 的對象，主要包含以下幾個： * 所有被同步鎖持有的對象，比如被 synchronize 持有的對象； * 字符串常量池里的引用（String Table）； * 類型為引用類型的靜態變量； * 虛擬機棧中引用對象； * 本地方法棧中的引用對象。 * [ ] 死亡對象判斷 當使用可達性分析判斷一個對象不可達時，并不會直接標識這個對象為死亡狀態，而是先將它標記為“待死亡”狀態再進行一次校驗。校驗的內容就是此對象是否重寫了 finalize() 方法，如果該對象重寫了 finalize() 方法，那么這個對象將會被存入到 F-Queue 隊列中，等待 JVM 的 Finalizer 線程去執行重寫的 finalize() 方法，在這個方法中如果此對象將自己賦值給某個類變量時，則表示此對象已經被引用了。因此不能被標識為死亡狀態，其他情況則會被標識為死亡狀態。 以上流程對應的示例代碼如下： ``` public class FinalizeTest { // 需要狀態判斷的對象 public static FinalizeTest Hook = null; @Override protected void finalize() throws Throwable { super.finalize(); System.out.println("執行了 finalize 方法"); FinalizeTest.Hook = this; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hook = new FinalizeTest(); // 卸載對象，第一次執行 finalize() Hook = null; System.gc(); Thread.sleep(500); // 等待 finalize() 執行 if (Hook != null) { System.out.println("存活狀態"); } else { System.out.println("死亡狀態"); } // 卸載對象，與上一次代碼完全相同 Hook = null; System.gc(); Thread.sleep(500); // 等待 finalize() 執行 if (Hook != null) { System.out.println("存活狀態"); } else { System.out.println("死亡狀態"); } } } ``` 上述代碼的執行結果為： ``` 執行了 finalize 方法 存活狀態 死亡狀態 ``` 從結果可以看出，卸載了兩次對象，第一次執行了 finalize() 方法，成功地把自己從待死亡狀態拉了回來；而第二次同樣的代碼卻沒有執行 finalize() 方法，從而被確認為了死亡狀態，這是因為任何對象的 finalize() 方法都只會被系統調用一次。 雖然可以從 finalize() 方法中把自己從死亡狀態“拯救”出來，但是不建議這樣做，因為所有對象的 finalize() 方法只會執行一次。因此同樣的代碼可能產生的結果是不同的，這樣就給程序的執行帶來了很大的不確定性。 #### 小結 本課時講了對象狀態判斷的兩種算法：引用計數算法和可達性分析算法。其中引用計數算法無法解決循環引用的問題，因此對于絕大多數的商業系統來說使用的都是可達性分析算法；同時還講了垃圾回收的三種算法：標記-清除算法、標記-復制算法、標記-整理算法，其中，標記-清除算法會帶來內存碎片的問題，而標記-復制算法會降低內存的利用率。所以，標記-整理算法算是一個不錯的方案。 #### 課后問答 * 1、這個文檔是不是有點問題？上面說的GC roots,在知識擴展，哪些可以作為GC roots對象時，卻是CG root 講師回復： 檢查了，文稿寫的是 GC Roots * 2、GC Roots 的對象： 字符串常量池里的引用 這個怎么理解？字符串常量池不都是一些字符串常量嗎？垃圾回收算法 為什么沒有講到 分代垃圾回收算法呢？ 編輯回復： Java 中有兩個不常用的概念——字面量和符號引用，可以配合其他資料看看哈。本專欄會講一些比較常見的知識點，但整個 Java 體系還有很多的內容，可以配合其他資料一起看哦。 * 3、講師你好，1、怎樣判斷對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連呢？在代碼中是怎樣體現呢？2、垃圾回收的·fullGc是否是判斷沒有相連后才進行回收，而Mingor GC只是用來標記GC的次數嗎？還是？3、強弱軟虛四種引用在分別是怎樣判斷和GC Roots判斷沒有任何相連的呢？困擾了很多，但是看書沒看懂，期待回復 講師回復： 目前主流的虛擬機都是采用 GC Roots Tracing 的算法來實現跟引用查找的，該算法的核心算法是從 GC Roots 對象作為起始點，利用數學中圖論知識，圖中可達對象便是存活對象，而不可達對象則是需要回收的垃圾內存，這個不做 JVM 開發建議了解就可以了。 垃圾回收要看具體的垃圾回收器，可以看下 25 課時回收的執行流程，那個里面有答案哦。