gc root的基本解釋

首先我們要理解一下GC root究竟是什么東西。

圖:gc root

堆是被我們垃圾回收所管理的內存空間。如圖，存在兩種引用，一種是堆外對象對堆內對象的引用，被標注為紅色；另外一種是堆內對象之間的引用，被標注為灰色。通常我們說的gc root就可以被認為是紅色的那種引用，比如說棧引用堆中對象。為什么我們不認為堆內對象之間的引用是gc root呢？因為我們的對象，最終是要被外部使用的，比如說被棧引用所訪問。因此，如果一大堆的堆內對象之間互相引用，但是沒有任何堆外部引用，那么這部分對象實際上也是不可達的。HotSpot就是如此的，所有的堆中的對象，最終都是被棧所使用的。因而，U和V就可以看做是不可達的對象了。

分代和跨代引用

解釋了gc root的基本概念后，我們要來看看分代理論了。基本上，現代垃圾回收器都是分代垃圾回收器，它建立在兩個分代理論之上：

• 弱分代假說（weak generational hypothesis）：大多數對象在年輕的時候死亡；

• 強分代假說（strong generational hypothesis）：越老的對象越難死亡；

這個分代假說引申出一種垃圾回收理念：將對象依據“年齡”分配到不同的區域，每次回收只回收其中的一個區域。這也就是分代回收的基礎理念。因為很顯然的，如果大部分對象都是朝生夕死的，那么將它們放在一起，每次回收都能夠回收到很多的空間；剩下的不容易死亡的對象，放在一起，那么可以以一種極為低的頻率來回收它們。這就兼顧了垃圾回收的時間開銷和內存的空間利用率。

一般的垃圾回收算法至少會劃分出兩個年代，年輕代和老年代。但是單純的分代理論在垃圾回收的時候存在一個巨大的缺陷：為了找到年輕代中的存活對象，卻不得不遍歷整個老年代，反過來也是一樣的。

圖：跨代引用引起老年代的遍歷

如果我們從年輕代開始遍歷，那么可以斷定N, S, P, Q都是存活對象。但是，V卻不會被認為是存活對象，其占據的內存會被回收了。這就是一個驚天的大漏洞！因為U本身是老年代對象，而且有外部引用指向它，也就是說U是存活對象，而U指向了V，也就是說V也應該是存活對象才是！而這都是因為我們只遍歷年輕代對象！

所以，為了解決這種跨代引用的問題，最笨的辦法就是遍歷老年代的對象，找出這些跨代引用來。這種方案存在極大的性能浪費。因為從兩個分代假說里面，其實隱含了一個推論：跨代引用是極少的。也就是為了找出那么一點點跨代引用，我們卻得遍歷整個老年代！從上圖來說，很顯然的是，我們根本不必遍歷R。

因此，為了避免這種遍歷老年代的性能開銷，通常的分代垃圾回收器會引入一種稱為記憶集的技術。簡單來說，記憶集就是用來記錄跨代引用的表。

圖：記憶集記錄跨代引用

如圖，在擁有記憶集的情況下，我們就可以不用遍歷老年代了，這是一個巨大的性能提升！

最終解釋

現在，我們設想一下，要回收年輕代，首先我們要從引用年輕代對象的外部引用開始；其次，我們要從跨代引用開始。于是我們可以很自然的得出結果：跨代引用也是gc root。

整個模型可以抽象成：

圖：gc root的最終解釋

附錄

在引入記憶集之后，其實會有一個很有意思的問題：即老年代對象即便已經事實上不可達了，但是因為記憶集的存在，會導致從該對象出發的跨代引用依舊會被當成gc root，直至該對象被回收引起記憶集中相關條目的擦除。

圖：記憶集引出的問題

如圖，U已經不存在外部引用了，所以它事實上已經不可達了。但是在這個時刻，因為老年代沒有發生GC，所以它依舊存活著。

• 如果我們采用遍歷老年代的方法找出跨代引用，那么我們只能找到S->P這一條。于是U和V都會被當成是不可達對象，其內存空間就可以被回收掉了。

• 如果我們使用記憶集，那么因為U沒有被GC掉，所以記憶集里面的條目U->V依舊存在，所以在年輕代回收的時候，V會被當成存活對象。

這個問題就是因為使用記憶集帶來的“滯后性”，它提高了時間效率，但是卻降低了空間利用率。不過無論如何，它依然確保了垃圾回收所遵循的原則：垃圾回收確保回收的對象必然是不可達對象，但是不確保所有的不可達對象都會被回收。