JVM 垃圾回收机制(可达性分析、引用计数)

1 什么是垃圾

垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象，就是需要被回收的。

2 为什么需要回收

• 执行程序会不断地分配内存空间，如果不进行回收，内存迟早都会被消耗完。

• 除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，以便JVM将整理出来的内存分配给新的对象

3 哪些对象被判定为垃圾呢

在堆空间和元空间中，GC这条守护线程会对这些空间开展垃圾回收⼯作，那么GC如何判断这些空间的对象是否是垃圾，有两种算法引用计数法和可达性分析算法：

3.1 引用计数法

​ 每个对象有个引用计数器属性，记录被引用的情况。对象被引⽤，则计数器+1，如果计数器是0，那么对象将被判定为是垃圾，于是被回收。

这种算法，实现简单，判定效率高。但缺点是需要需要单独的字段存储计数器，每次赋值都需要更新计数器，增加了空间和时间的开销。缺最严重的是无法解决循环依赖问题。因此JVM⽬前的主流⼚商Hotspot没有使⽤这种算法。

注：什么是循环依赖问题？

如下图所示，p引用了A，对象A间接引用了C，C又引用了A。方法执行完p不再需要引用A，但A和C的引用没有消失，引用计数器还都是1，不会被回收。

3.2 可达性分析算法：GC Roots根

该算法的基本思想就是：

通过一系列被称为「GC Roots」的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，通过引用关系向下搜寻，搜寻走过的路径称为「引用链」，如果某个对象到GC
Roots没有任何引用链相连，就说明该对象不可达，即可以被回收。

哪些会被认定为GC Roots根呢？

• 方法区静态属性引用的对象
  全局对象的一种，Class对象本身很难被回收，回收的条件非常苛刻，只要Class对象不被回收，静态成员就不能被回收。
• 方法区常量池引用的对象
  也属于全局对象，例如字符串常量池，常量本身初始化后不会再改变，因此作为GC Roots也是合理的。
• 方法栈中栈帧局部变量表引用的对象
  属于执行上下文中的对象，线程在执行方法时，会将方法打包成一个栈帧入栈执行，方法里用到的局部变量会存放到栈帧的局部变量表中。只要方法还在运行，还没出栈，就意味这局部变量表的对象还会被访问，GC就不应该回收，所以这一类对象也可作为GC Roots。
• 本地方法栈中引用的对象
  和上一条本质相同，无非是一个是Java方法栈中的变量引用，一个是native方法(C、C++)方法栈中的变量引用。
• 被同步锁持有的对象
  被synchronized锁住的对象也是绝对不能回收的，当前有线程持有对象锁呢，GC如果回收了对象，锁不就失效了。

五种变量的位置如下：

静态变量会在方法区中存一个引用，市级指向堆内存，局部变量表也是如此。

总结

可达性分析就是JVM首先枚举根节点，找到一些为了保证程序能正常运行所必须要存活的对象，然后以这些对象为根，根据引用关系开始向下搜寻，存在直接或间接引用链的对象就存活，不存在引用链的对象就回收。

GC再扫描堆空间的某个节点时，会向上遍历，看看能不能遍历到gc roots根节点，如果不能，那么意味着这个对象是垃圾。

例如下图，对象4、5、6都没有和GC Root根节点相连，会被判定为垃圾回收。