java中怎么判斷對象是否是垃圾

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判斷對象是否為“垃圾”

Java有兩種算法判斷對象是否是垃圾：引用計數算法和可達性分析算法。

引用計數算法

引用計數(Reference Counting)算法就是給對象加一個引用計數器，當對象被引用，計數器加一；當引用失效時，計數器減一；當對象的引用計數器為0，對象就會被視為垃圾。

優點：

簡單、判定垃圾效率高。

缺點：

• 需要額外的空間存儲引用計數器

• 每當一個引用被賦值給另一個引用時，引用計數器就要進行調整，增加了賦值語句時間

• 會出現循環引用。比如，對象a引用了對象b，同時對象b也引用了對象a，這就導致兩個對象之間循環引用。對象a和對象b的引用都不為0，即使這兩個對象已經沒有其他引用，由于它們的引用計數都大于0，所以它們就沒有辦法被回收。如果要解決這個問題就要引入額外機制，這樣效率又進一步降低了。

引用計數算法在當前主流的JVM中已經沒有再被使用了。

簡單的例子測試一下

public class ReferenceCountingTest {

    public Object instance = null;

    // 10M 占用內存，便于分析
    private byte[] bytes = new byte[10*1024*1024];

    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingTest objectA = new ReferenceCountingTest();
        ReferenceCountingTest objectB = new ReferenceCountingTest();

        //互相引用
        objectA.instance = objectB;
        objectB.instance = objectA;

        //切斷可達
        objectA = null;
        objectB = null;
        
        //強制進行垃圾回收
        System.gc();
    }
}

ReferenceCountingTest類中有一個10M的byte數組， 讓objectA.instance = objectB和objectB.instance = objectA導致objectA和objectB互相引用，如果采用引用計數法的話，這兩個對象是沒法辦法進行回收的，并且每個對象占用不少于10M的內存空間。

在VM options 設置參數 -XX:+PrintGC打印GC情況，來看下運行結果是怎樣的：

[GC (System.gc())  24381K->1106K(249344K), 0.0009894 secs]
[Full GC (System.gc())  1106K->957K(249344K), 0.0054511 secs]

從結果24381K->1106K可以看到內存從24381K回收到1106K，回收的空間差不多就是objectA和objectB兩個對象占用的空間。這也從側面說明JVM不是采用引用計數算法判定對象是否存活的。

可達性分析算法

可達性分析算法思路是使用一系列根對象(GC Roots)作為起點，從根節點開始向下進行搜索，搜索過的路徑稱為引用鏈(Reference Chain)，如果某個對象到根節點沒有任何引用鏈相連或者說從根節點到這個對象不可達，則這個對象就被視為“垃圾”。

如上圖所示，白色橢圓形Object4、Object5、Object6之間雖然有關聯，但是由于沒有和GC Roots關聯，所以它們被判定為可回收對象。

在Java中有以下7種GC Roots：

• 虛擬機棧(棧幀中的本地變量表)中引用的對象。比如：方法入參、局部變量等

• 方法區中常量引用的對象

• 方法區中類靜態屬性引用的對象：Java類的引用類型靜態變量

• 通過JNI調用本地代碼(nactive code)產生的JNI引用。包括JNI的局部變量或者全局變量

• 被系統類加載器加載的類，這些類不會被回收。它們可以以靜態字段的方式去持有對象。

• 所有被同步鎖(synchronized 關鍵)持有的對象

• 被JVM保留用于特殊目的的對象。哪些對象被保留取決于虛擬機的實現，可能的有：系統類加載器、一些重要的異常類、做為異常類處理的被預分配對象或者一些自定義的類加載器。

以上8種GC Roots中前4個比較重要，在面試中也會經常被問到，后3個了解一下即可。

可達性分析算法是目前在動態語言中使用最廣泛的算法，目前JVM判斷對象是否是垃圾用的都是這種算法。

垃圾的回收

Finalize方法

對象通過可達性分析算法被判定為可回收對象，也不是說對象一定要被回收，對象可以通過重寫finalize()方法獲得一次“免死”機會。當發生GC的時候，JVM會判斷可回收的對象是否調用過finalize()方法，如果調用過finalize()方法，對象將會被回收；反之，如果沒有調用過 finalize()方法，會將要調用finalize()方法的對象 F-Queue的隊列之中等待調用，在調用時如果對象重寫了finalize()方法，可以在finalize()方法中“托關系想辦法”讓自己和GC Roots搭上關系進行一次自我拯救，比如把自己（this關鍵字） 賦值給某個類變量或者對象的成員變量，對象就會從即將回收的列表中移除，這樣對象就完成了一次自我拯救。在執行完finalize()方法后，還會再判斷一次對象是否可達，如果不可達，自我拯救失敗，最后還是要被回收的。

要注意的一點是：對象finalize()方法只會調用一次，如果對象自我拯救成功一次，當第二次再發生GC的時候會忽略調用對象的finalize()方法，最后都要被回收。這就是JVM世界的法則，只給對象一次不成為垃圾的機會，如果再次成為垃圾，不好意思那只能被回收了。所以機會只有一次，要好好抓住。

下面通過例子測試一下對象的自我拯救：

public class FinalizeGC {
    private static Object instance;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        instance = new FinalizeGC();

        instance = null;
        //進行第一次垃圾回收
        System.gc();
        //休眠1s
        Thread.sleep(1000);
        if (instance != null) {
            System.out.println("I'm still alive.");
        }else {
            System.out.println("I'm dead.");
        }

        
        instance = null;
        //進行第二次垃圾回收
        System.gc();
        //休眠1s
        Thread.sleep(1000);
        if (instance != null) {
            System.out.println("I'm still alive.");
        }else {
            System.out.println("I'm dead.");
        }
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("Override finalize method execute");
        instance = this;
    }    
}

運行結果：

Override finalize method execute
I'm still alive.
I'm dead.

從運行結果可以看到對象只被自我拯救一次，第二次自我拯救失敗。

讓線程休眠Thread.sleep(1000)1s是因為F-Queue的隊列中的finalize()方法，會由一條由虛擬機自動建立的、低調度優先級的Finalizer線程去執行它們，休眠是為了等待Finalizer線程去執行finalize()方法。

把Thread.sleep(1000)注釋掉連續執行多次，你可能會看到如下情況：

Override finalize method execute
I'm dead.
I'm dead.

或者

I'm dead.
Override finalize method execute
I'm dead.

出現上面的原因是finalize()方法執行緩慢，對象還沒有自我拯救就會回收了。所以finalize()方法最好不要使用，太不可靠了，也不要想著用finalize()方法進行自我拯救，finalize()能做的所有工作，使用try-finally或者其他方式都可以做得更好、更及時。

方法區回收

方法區的垃圾收集主要回收兩部分內容：廢棄的常量和不再使用的類型。回收廢棄常量與回收Java堆中的對象非常類似。舉個常量池中字面量回收的例子，假如一個字符串“suncodernote”曾經進入常量池中，但是當前系統又沒有任何一個字符串對象的值是“suncodernote”，換句話說，已經沒有任何字符串對象引用常量池中的“suncodernote”常量，且虛擬機中也沒有其他地方引用這個字面量。如果在這時發生內存回收，而且垃圾收集器判斷確有必要的話，這個“suncodernote”常量就將會被系統清理出常量池。常量池中其他類（接口）、方法、字段的符號引用也與此類似。

判定一個常量是否“廢棄”還是相對簡單，而要判定一個類型是否屬于“不再被使用的類”的條件就比較苛刻了，必須同時滿足以下的條件（僅僅是可以，不代表必然，因為還有一些參數可以進行控制）：

1. 該類所有的實例都已經被回收，也就是堆中不存在該類的任何實例。

2. 加載該類的 ClassLoader 已經被回收。

3. 該類對應的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法.

4. 參數控制：-Xnoclassgc參數可以禁用類的垃圾收集(GC)，這可以節省一些GC時間，從而縮短應用程序運行期間的中斷

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