jvm(6) -- 如何判定对象为垃圾对象(是否存活)

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简介: jvm(6) -- 如何判定对象为垃圾对象(是否存活)

堆中几乎存放着Java世界中所有的对象实例,垃圾收集器在对堆回收之前,第一件事情就是要确定这些对象哪些还“存活”着,哪些对象已经“死去”(即不可能再被任何途径使用的对象)。


1、引用计数算法(Reference Counting)


很多教科书判断对象是否存活的算法是这样的:给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值加1;当引用失效时,计数器减1;任何时刻计数器都为0的对象就是不可能再被使用的。


引用计数算法的实现简单,判断效率也很高,在大部分情况下它都是一个不错的算法。但是Java语言中没有选用引用计数算法来管理内存,其中最主要的一个原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。


例如:


在testGC()方法中,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,实际上这两个对象都已经不能再被访问,但是它们因为相互引用着对象方,异常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。


打印GC详细信息:


-XX:+PrintGCDetails

1dc618a0ed9580ce8bfa6facb208c08f.png

idea配置: Run -> Run configurations -> java应用名 -> arguments ->VM arguments,加入jvm参数就行


输入VM arguments参数:


-Xms20m --jvm堆的最小值
-Xmx20m --jvm堆的最大值
-XX:+PrintGCTimeStamps -- 打印出GC的时间信息
-XX:+PrintGCDetails --打印出GC的详细信息
-verbose:gc --开启gc日志
-Xloggc:d:/gc.log -- gc日志的存放位置
-Xmn10M -- 新生代内存区域的大小
-XX:SurvivorRatio=8 --新生代内存区域中Eden和Survivor的比例
/**
 * 执行后,objA和objB会不会被GC呢?
 */
public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;
    /**
     * 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 * 1024 * 1024];
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        objA = null;
        objB = null;
        //假设在这行发生了GC,objA和ojbB是否被回收
        System.gc();
        //1.8采用Parallel GC
    }
}
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 3707K->512K(4928K), 0.0041893 secs] 3707K->1214K(15872K), 0.0042359 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (System.gc()) [Tenured: 702K->1216K(10944K), 0.0039473 secs] 5529K->1216K(15872K), [Metaspace: 2223K->2223K(4480K)], 0.0039998 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
def new generation total 4992K, used 45K [0x04600000, 0x04b60000, 0x09b50000)
eden space 4480K, 1% used [0x04600000, 0x04612f10, 0x04a60000)
from space 512K, 0% used [0x04a60000, 0x04a60000, 0x04ae0000)
to space 512K, 0% used [0x04ae0000, 0x04ae0000, 0x04b60000)
tenured generation total 10944K, used 1216K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
the space 10944K, 11% used [0x09b50000, 0x09c80108, 0x09c80200, 0x0a600000)
Metaspace used 2228K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K


在运行结果中可以看到:


GC日志中包含"3707K->512K",老年代从3707K(大约3.5M,其实就是objA与objB)变为了512K,意味着虚拟并没有因为这两个对象相互引用就不回收它们,这也证明虚拟机并不是通过通过引用计数算法来判断对象是否存活的。

大家可以看到对象进入了老年代,

但是大家都知道,对象刚创建的时候是分配在新生代中的,要进入老年代默认年龄要到了new objA才行,但这里objA与objB却进入了老年代。

这是因为Java堆区会动态增长,刚开始时堆区较小,对象进入老年代还有一规则,当Survior空间中同一代的对象大小之和超过Survior空间的一半时,对象将直接进行老年代。


2、可达性分析算法(GC Roots Analysis):


主流用这个判断。


在主流的商用程序语言中(Java和C#),都是使用可达性分析算法判断对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列名为"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时,则证明此对象是不可用的,下图对象object5, object6, object7虽然有互相判断,但它们到GC Roots是不可达的,所以它们将会判定为是可回收对象。

5d4c6812c8535adbb050f4ddf2e1bce8.png

在Java语言里,可作为GC Roots对象的包括如下几种:


a.虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象

b.方法区中的类静态属性引用的对象

c.方法区中的常量引用的对象

d.本地方法栈中JNI的引用的对象


3.finalize()方法最终判定对象是否存活


即使在可达性分析算法中不可达的对象,也并非是“非死不可”的,这时候它们暂时处于“缓刑”阶段,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历再次标记过程。


标记的前提是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。


1).第一次标记并进行一次筛选。


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finzlize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”,对象被回收。


2).第二次标记


如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法,那么这个对象将会被放置在一个名为:F-Queue的队列之中,并在稍后由一条虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法,但并不承诺会等待它运行结束。这样做的原因是,如果一个对象finalize()方法中执行缓慢,或者发生死循环(更极端的情况),将很可能会导致F-Queue队列中的其他对象永久处于等待状态,甚至导致整个内存回收系统崩溃。


Finalize()方法是对象脱逃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的一个对象建立关联即可,譬如把自己赋值给某个类变量或对象的成员变量,那在第二次标记时它将移除出“即将回收”的集合。如果对象这时候还没逃脱,那基本上它就真的被回收了。


流程图如下:


46a9d80a6e05e4e3b19d57a0ee70bcdf.png


/**
 * 此代码演示了两点
 * 1、对象可以在被GC时自我拯救
 * 2、这种自救的机会只有一次,因为一个对象的finalize()方法最多只能被系统自动调用一次。
 */
public class FinalizeEscapeGC {
    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;
    public void isAlive() {
        System.out.println("yes, I am still alive");
    }
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize method executed!");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
        //对象第一次成功拯救自己
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        //因为finalize方法优先级很低,所有暂停0.5秒以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no ,I am dead QAQ!");
        }
        //-----------------------
        //以上代码与上面的完全相同,但这次自救却失败了!!!
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        //因为finalize方法优先级很低,所有暂停0.5秒以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no ,I am dead QAQ!");
        }
    }
}


输出:


finalize method executed!

yes, I am still alive

no ,I am dead QAQ!


理解这篇文章,还要有对finalize的认识:

推荐文章: java finalize方法总结、GC执行finalize的过程


从结果可以看出,SAVE_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过,并且在被收集前成功逃脱了。


注意:任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次,如果对象面临下一次回收,它的finalize()方法不会被再次执行,因此第二段代码的自救行动失败了。 并且建议大家尽量避免使用它 。



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