JVM中判断对象是否存活的方法

Java中几乎所有的对象实例都存放在堆中，在垃圾收集器对堆内存进行回收前，第一件事情就是要确定哪些对象还“存活”，哪些对象已经“死去”（即不可能再通过任何途径被使用）。

引用计数算法

　　首先需要声明，至少主流的Java虚拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存。
　　什么是引用计数算法：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，计数器值减１.任何时刻计数器值为０的对象就是不可能再被使用的。那为什么主流的Java虚拟机里面都没有选用这种算法呢？其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。在下面的代码中，我们在testGC()中new两个ReferenceCountingGC对象objA和objB，然后令objA.instance=objB，objB.instance=objA，最后令objA和objB都为null。此时，这两个对象实际上已经不可能再被访问，但由于它们互相引用着对方，导致它们的引用计数器值都不为0，于是使用引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。

　　public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    /**
     * 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便在能在GC日志中看清楚是否有回收过
     */
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void testGC() {
        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GC，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }

    public static void main(String[] args) {
        testGC();
    }
}

现在，我们在main方法中调用testGC()，然后打印GC日志（在Myeclipse中打印GC日志的方法）。得到结果为：

0.161: [GC 4761K->568K(124416K), 0.0022505 secs]
0.163: [Full GC 568K->471K(124416K), 0.0201927 secs]

　　由“4761K->568K”我们可以得知，虚拟机并没有因为这两个对象相互引用就不回收它们，这也从侧面说明了hotspot虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否存活的。

那么，在主流的商用程序语言的主流实现中，是通过什么方法来判断对象是否存活的呢？答案是下面将要介绍的可达性分析算法。

可达性分析算法

　　可达性分析算法的基本思路是：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点考试向下探索，搜索所走过的路径称为“引用链”，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。如下图中，对象object5、object6、object7虽然互有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；
2. 方法区中类静态属性引用的对象；
3. 方法区中常量引用的对象；
4. 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

实例分析

参考：https://www.zhihu.com/question/21539353/answer/95667088垃圾回收机制中，引用计数法是如何维护所有对象引用的？ - Gityuan的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/21539353/answer/95667088

以一段代码为例，从内存角度解释以上两种算法。

 public class GcDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //分为6个步骤
        GcObject obj1 = new GcObject(); //Step 1
        GcObject obj2 = new GcObject(); //Step 2

        obj1.instance = obj2; //Step 3
        obj2.instance = obj1; //Step 4

        obj1 = null; //Step 5
        obj2 = null; //Step 6
    }
}

class GcObject{
    public Object instance = null;
}

情况（一）：引用计数算法
如果采用的是引用计数算法：

再回到前面代码GcDemo的main方法共分为6个步骤：

• Step1：GcObject实例1的引用计数加1，实例1的引用计数=1；
• Step2：GcObject实例2的引用计数加1，实例2的引用计数=1；
• Step3：GcObject实例2的引用计数再加1，实例2的引用计数=2；
• Step4：GcObject实例1的引用计数再加1，实例1的引用计数=2；

执行到Step 4，则GcObject实例1和实例2的引用计数都等于2。

接下来继续结果图：

• Step5：栈帧中obj1不再指向Java堆，GcObject实例1的引用计数减1，结果为1；
• Step6：栈帧中obj2不再指向Java堆，GcObject实例2的引用计数减1，结果为1。

到此，发现GcObject实例1和实例2的计数引用都不为0，那么如果采用的引用计数算法的话，那么这两个实例所占的内存将得不到释放，这便产生了内存泄露。

 

情况（二）：可达性算法
这是目前主流的虚拟机都是采用GC Roots Tracing算法，比如Sun的Hotspot虚拟机便是采用该算法。 该算法的核心算法是从GC Roots对象作为起始点，利用数学中图论知识，图中可达对象便是存活对象，而不可达对象则是需要回收的垃圾内存。这里涉及两个概念，一是GC Roots，一是可达性。

 

那么可以作为GC Roots的对象（见下图）：

 

• 虚拟机栈的栈帧的局部变量表所引用的对象；
• 本地方法栈的JNI所引用的对象；
• 方法区的静态变量和常量所引用的对象；

 

关于可达性的对象，便是能与GC Roots构成连通图的对象，如下图：

 

 

 从上图，reference1、reference2、reference3都是GC Roots，可以看出：

• reference1-> 对象实例1；
• reference2-> 对象实例2；
• reference3-> 对象实例4；
• reference3-> 对象实例4 -> 对象实例6；

可以得出对象实例1、2、4、6都具有GC Roots可达性，也就是存活对象，不能被GC回收的对象。
而对于对象实例3、5直接虽然连通，但并没有任何一个GC Roots与之相连，这便是GC Roots不可达的对象，这就是GC需要回收的垃圾对象。

到这里，相信大家应该能彻底明白引用计数算法和可达性算法的区别吧。

再回过头来看看最前面的实例，GcObject实例1和实例2虽然从引用计数虽然都不为0，但从可达性算法来看，都是GC Roots不可达的对象。

总之，对于对象之间循环引用的情况，引用计数算法，则GC无法回收这两个对象，而可达性算法则可以正确回收。