对象已死吗

 

在堆里面存放着Java世界中几乎全部的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一 件事情就是要肯定这些对象之中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”（即不可能再被任何途径 使用的对象）。

3.2.1 引用计数算法 

不少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，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任什么时候刻计数器为0 的对象就是不可能再被使用的。

做者面试过不少的应届生和一些有多年工做经验的开发人 员，他们对于这个问题给予的都是这个答案。 客观地说，引用计数算法（Reference Counting）的实现简单，断定效率也很高，在大部 分状况下它都是一个不错的算法，也有一些比较著名的应用案例，例如微软公司的 COM（Component Object Model）技术、使用ActionScript 3的FlashPlayer、Python语言和在游 戏脚本领域被普遍应用的Squirrel中都使用了引用计数算法进行内存管理。可是，至少主流 的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的缘由是它很难解决对象 之间相互循环引用的问题。 举个简单的例子，请看代码清单3-1中的testGC（）方法：对象objA和objB都有字段 instance，赋值令objA.instance=objB及objB.instance=objA，除此以外，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，可是它们由于互相引用着对方，致使它们的引 用计数都不为0，因而引用计数算法没法通知GC收集器回收它们。

3.2.2 可达性分析算法 

在主流的商用程序语言（Java、C#，甚至包括前面提到的古老的Lisp）的主流实现中， 都是称经过可达性分析（Reachability Analysis）来断定对象是否存活的。这个算法的基本思 路就是经过一系列的称为“GC Roots”的对象做为起始点，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 （用图论的话来讲，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证实此对象是不可用的。如 图3-1所示，对象object 五、object 六、object 7虽然互相有关联，可是它们到GC Roots是不可达 的，因此它们将会被断定为是可回收的对象。

在Java语言中，可做为GC Roots的对象包括下面几种： 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。 方法区中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（即通常说的Native方法）引用的对象。

3.2.3 再谈引用 

不管是经过引用计数算法判断对象的引用数量，仍是经过可达性分析算法判断对象的引 用链是否可达，断定对象是否存活都与“引用”有关。

在JDK 1.2之前，Java中的引用的定义很 传统：若是reference类型的数据中存储的数值表明的是另一块内存的起始地址，就称这块 内存表明着一个引用。这种定义很纯粹，可是太过狭隘，一个对象在这种定义下只有被引用 或者没有被引用两种状态，对于如何描述一些“食之无味，弃之惋惜”的对象就显得无能为 力。咱们但愿能描述这样一类对象：当内存空间还足够时，则能保留在内存之中；若是内存 空间在进行垃圾收集后仍是很是紧张，则能够抛弃这些对象。不少系统的缓存功能都符合这 样的应用场景。 

在JDK 1.2以后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

强引用就是指在程序代码之中广泛存在的，相似“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。 

软引用是用来描述一些还有用但并不是必需的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将 要发生内存溢出异常以前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。若是此次回 收尚未足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2以后，提供了SoftReference类来实 现软引用。

弱引用也是用来描述非必需对象的，可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以前。当垃圾收集器工做时，不管当前内存是否足够， 都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2以后，提供了WeakReference类来实现弱引 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，彻底不会对其生存时间构成影响，也没法经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惟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以后，提供了PhantomReference类来实现虚引用。

3.2.4 生存仍是死亡 

即便在可达性分析算法中不可达的对象，也并不是是“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，至少要经历两次标记过程：若是对象在进行可达 性分析后发现没有与GC Roots相链接的引用链，那它将会被第一次标记而且进行一次筛选， 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，虚拟机将这两种状况都视为“没有必要执行”。

 若是这个对象被断定为有必要执行finalize（）方法，那么这个对象将会放置在一个叫作 F-Queue的队列之中，并在稍后由一个由虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程去执行 它。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，这样作 的缘由是，若是一个对象在finalize（）方法中执行缓慢，或者发生了死循环（更极端的情 况），将极可能会致使F-Queue队列中其余对象永久处于等待，甚至致使整个内存回收系统 崩溃。finalize（）方法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，若是对象要在finalize（）中成功拯救本身——只要从新与引用链 上的任何一个对象创建关联便可，譬如把本身（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；若是对象这时候尚未逃 脱，那基本上它就真的被回收了。从代码清单3-2中咱们能够看到一个对象的finalize（）被 执行，可是它仍然能够存活。

从代码清单3-2的运行结果能够看出，SAVE_HOOK对象的finalize（）方法确实被GC收 集器触发过，而且在被收集前成功逃脱了。

 另一个值得注意的地方是，代码中有两段彻底同样的代码片断，执行结果倒是一次逃 脱成功，一次失败，这是由于任何一个对象的finalize（）方法都只会被系统自动调用一次， 若是对象面临下一次回收，它的finalize（）方法不会被再次执行，所以第二段代码的自救行 动失败了。

 须要特别说明的是，上面关于对象死亡时finalize（）方法的描述可能带有悲情的艺术色 彩，笔者并不鼓励你们使用这种方法来拯救对象。相反，笔者建议你们尽可能避免使用它，因 为它不是C/C++中的析构函数，而是Java刚诞生时为了使C/C++程序员更容易接受它所作出的 一个妥协。它的运行代价高昂，不肯定性大，没法保证各个对象的调用顺序。有些教材中描 述它适合作“关闭外部资源”之类的工做，这彻底是对这个方法用途的一种自我安慰。 finalize（）能作的全部工做，使用try-finally或者其余方式均可以作得更好、更及时，因此笔 者建议你们彻底能够忘掉Java语言中有这个方法的存在。

3.2.5 回收方法区

不少人认为方法区（或者HotSpot虚拟机中的永久代）是没有垃圾收集的，Java虚拟机规 范中确实说过能够不要求虚拟机在方法区实现垃圾收集，并且在方法区中进行垃圾收集 的“性价比”通常比较低：在堆中，尤为是在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集通常能够 回收70%～95%的空间，而永久代的垃圾收集效率远低于此。 

永久代的垃圾收集主要回收两部份内容：废弃常量和无用的类。回收废弃常量与回收 Java堆中的对象很是相似。以常量池中字面量的回收为例，假如一个字符串“abc”已经进入了 常量池中，可是当前系统没有任何一个String对象是叫作“abc”的，换句话说，就是没有任何 String对象引用常量池中的“abc”常量，也没有其余地方引用了这个字面量，若是这时发生内 存回收，并且必要的话，这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。常量池中的其余类（接 口）、方法、字段的符号引用也与此相似。 

断定一个常量是不是“废弃常量”比较简单，而要断定一个类是不是“无用的类”的条件则 相对苛刻许多。类须要同时知足下面3个条件才能算是“无用的类”：

该类全部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，没法在任何地方经过反射访问该 类的方法。 

虚拟机能够对知足上述3个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“能够”，而并非 和对象同样，不使用了就必然会回收。是否对类进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc 参数进行控制，还可使用-verbose：class以及-XX：+TraceClassLoading、-XX： +TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息，其中-verbose：class和-XX： +TraceClassLoading能够在Product版的虚拟机中使用，-XX：+TraceClassUnLoading参数须要 FastDebug版的虚拟机支持。 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的场景都须要虚拟机具有类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。