深入理解Java虚拟机读书笔记(5): 判定对象的死亡

 2019-12-22 10:38  阅读(782)
文章分类:JVM

深入理解Java虚拟机读书笔记(5): 判定对象的死亡

通过前面的学习已经可以知道,Java内存运行时区域中的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程而生,随线程而灭;栈中的栈帧随着方法进入和退出有规律的进行出栈和入栈操作。同时,每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的。因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性,在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题,因为方法结束或者线程结束时,内存自然就跟随着回收了。

但是Java堆和方法区则不一样,接口中的多个实现类需要的内存不同,一个方法的多个分支需要的内存也可能不一样,我们只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象。换句话说,这部分内存的分配和回收都是动态的,垃圾收集器所关注的是这部分内存。

如何判断对象已经死亡?

一、引用计数算法

如果一个对象已经死亡,或者说不再使用,便可以对其进行收集了,那么如何判断一个对象已经死亡呢?引用计数算法是最简单最常见的解决此问题的方法之一。

给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值就加1;当引用失效时,计数器值就减1;任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

这个算法一看就懂,非常简单,判定效率也高,比如Python语言等就是使用的此算法。但是Java虚拟机里并没有使用此算法,为什么呢?因此此算法无法解决相互循环引用的问题。

举个简单的例子,如下面代码所示,对象objA和objB都有字段instance,赋值令objA.instance=objB及objB.instance=objA,除此之外,这两个对象再无任何引用,实际上这两个对象已经不可能再被访问,但是它们因为互相引用着对方,导致它们的引用计数都不为0,于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。

public class ReferenceCountingGC{
        public Object instance=null;
        private static final int_1MB=1024*1024;
        /** *这个成员属性的唯一意义就是占点内存,以便能在GC日志中看清楚是否被回收过 */
        private byte[]bigSize=new byte[2*_1MB];
        public static void testGC(){
            ReferenceCountingGC objA=new ReferenceCountingGC();
            ReferenceCountingGC objB=new ReferenceCountingGC();
            objA.instance=objB;
            objB.instance=objA;
            objA=null;
            objB=null;
            //假设在这行发生GC,objA和objB是否能被回收?
            System.gc();
    }}

在Java中如果打印出GC记录的话可以发现是可以回收的,说明Java虚拟机没有使用引用计数的算法。

二、可达性分析算法

可达性分析算法(Reachability Analysis )是商用程序语言如Java、C#、Lisp等来判定对象是否存货的主流实现。

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。

如下图所示:

2019120001162\_1.png

在Java里面,有以下一些对象可以作为GC Roots:

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
  • 方法区中的类静态属性引用的对象
  • 方法区中常量引用的对象
  • 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象

三、关于引用

上面两种算法都是基于“引用”的,在Java中,引用其实比较复杂,并不是简单的保留某个内存的地址,由此引入了强引用、软引用、弱引用和虚引用的概念,强度依次递减。

  • 强引用:强引用就是指在程序代码之中普遍存在的,类似“Object obj=new Object()”这类的引用,只要强引用还存在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
  • 软引用:软引用是用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常之前,将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。 即内存充足的情况下不会考虑回收软引用,内存即将不足,就会将这些并非必须的对象进行回收。如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。 在JDK 1.2之后,提供了SoftReference类来实现软引用。
  • 弱引用:弱引用也是用来描述非必需对象的,但是它的强度比软引用更弱一些,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。 当垃圾收集器工作时,无论当前内存是否足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象。 在JDK 1.2之后,提供了WeakReference类来实现弱引用 。
  • 虚引用:虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用,它是最弱的一种引用关系。 一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象实例。 为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。 在JDK 1.2之后,提供了PhantomReference类来实现虚引用。

四、对象死亡前的“自救”

前面说到在可达性分析算法中不可达的对象是可以回收的对象,但这些对象也不是“非死不可”的。判定对象真正死亡,至少需要经历两次标记过程:

  1. 如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链,那它将会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。 当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。
  2. 第一次被标记以后,对象如果被判定有必要执行finalize()方法,会被放在一个F-Queue队列之中,并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、 低优先级的Finalizer线程去执行它。

finalize()方法(注意:任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次)是对象逃脱死亡命运的最后一次机会,稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记,如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可,譬如把自己(this关键字)赋值给某个类变量或者对象的成员变量,那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合;如果对象这时候还没有逃脱,那基本上它就真的被回收了。

五、再谈方法区的回收

前面说过方法区的回收效率很低,甚至Java虚拟机规范中说过可以不要求虚拟机在方法去实现垃圾回收。方法区中存储的主要是已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据。

在Hotspot中,方法区又叫永久代,永久代的垃圾收集主要回收废弃常量和无用的类。回收废弃常量和回收堆中对象类似,常量放在常量池中,如果没有任何对象和地方引用常量池中的某个常量的话,有必要的时候就可以对此常量进行回收。常量池中的其他类(接口)、 方法、 字段的符号引用也与此类似 。

判定一个类是否是“无用的类”比较严格,需要满足三个条件:

  • 该类所有的实例都已经被回收,也就是Java堆中不存在该类的任何实例
  • 加载该类的ClassLoader已经被回收
  • 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类
  • 的方法

即便是标记了无用类,也不是必然会回收,Hotspot虚拟机提供了参数进行控制以及如何查看类加载和卸载信息。

在大量使用反射、 动态代理、 CGLib等ByteCode框架、 动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能,以保证永久代不会溢出。

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