说到 Java 虚拟机不得不提的一个词就是 “垃圾回收”（GC，Garbage Collection），而垃圾回收的执行速度则影响着整个程序的执行效率，所以我们需要知道更多关于垃圾回收的具体执行细节，以便为我们选择合适的垃圾回收器提供理论支持。 我们本课时的面试题是，如何判断一个对象是否“死亡”？垃圾回收的算法有哪些？ #### 典型回答 垃圾回收器首先要做的就是，判断一个对象是存活状态还是死亡状态，死亡的对象将会被标识为垃圾数据并等待收集器进行清除。 判断一个对象是否为死亡状态的常用算法有两个：引用计数器算法和可达性分析算法。 引用计数算法（Reference Counting） 属于垃圾收集器最早的实现算法了，它是指在创建对象时关联一个与之相对应的计数器，当此对象被使用时加 1，相反销毁时 -1。当此计数器为 0 时，则表示此对象未使用，可以被垃圾收集器回收。 引用计数算法的优缺点很明显，其优点是垃圾回收比较及时，实时性比较高，只要对象计数器为 0，则可以直接进行回收操作；而缺点是无法解决循环引用的问题，比如以下代码： ``` class CustomOne { private CustomTwo two; public CustomTwo getCustomTwo() { return two; } public void setCustomTwo(CustomTwo two) { this.two = two; } } class CustomTwo { private CustomOne one; public CustomOne getCustomOne() { return one; } public void setCustomOne(CustomOne one) { this.one = one; } } public class RefCountingTest { public static void main(String[] args) { CustomOne one = new CustomOne(); CustomTwo two = new CustomTwo(); one.setCustomTwo(two); two.setCustomOne(one); one = null; two = null; } } ``` 即使 one 和 two 都为 null，但因为循环引用的问题，两个对象都不能被垃圾收集器所回收。 可达性分析算法（Reachability Analysis） 是目前商业系统中所采用的判断对象死亡的常用算法，它是指从对象的起点（GC Roots）开始向下搜索，如果对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，也就是说此对象到 GC Roots 不可达时，则表示此对象可以被垃圾回收器所回收，如下图所示：  当确定了对象的状态之后（存活还是死亡）接下来就是进行垃圾回收了，垃圾回收的常见算法有以下几个： * 标记-清除算法； * 标记-复制算法； * 标记-整理算法。 标记-清除（Mark-Sweep）算法属于最早的垃圾回收算法，它是由标记阶段和清除阶段构成的。标记阶段会给所有的存活对象做上标记，而清除阶段会把没有被标记的死亡对象进行回收。而标记的判断方法就是前面讲的引用计数算法和可达性分析算法。 标记-清除算法的执行流程如下图所示：  从上图可以看出，标记-清除算法有一个最大的问题就是会产生内存空间的碎片化问题，也就是说标记-清除算法执行完成之后会产生大量的不连续内存，这样当程序需要分配一个大对象时，因为没有足够的连续内存而导致需要提前触发一次垃圾回收动作。 标记-复制算法是标记-清除算法的一个升级，使用它可以有效地解决内存碎片化的问题。它是指将内存分为大小相同的两块区域，每次只使用其中的一块区域，这样在进行垃圾回收时就可以直接将存活的东西复制到新的内存上，然后再把另一块内存全部清理掉。这样就不会产生内存碎片的问题了，其执行流程如下图所示：  标记-复制的算法虽然可以解决内存碎片的问题，但同时也带来了新的问题。因为需要将内存分为大小相同的两块内存，那么内存的实际可用量其实只有原来的一半，这样此算法导致了内存的可用率大幅降低了。 标记-整理算法的诞生晚于标记-清除算法和标记-复制算法，它也是由两个阶段组成的：标记阶段和整理阶段。其中标记阶段和标记-清除算法的标记阶段一样，不同的是后面的一个阶段，标记-整理算法的后一个阶段不是直接对内存进行清除，而是把所有存活的对象移动到内存的一端，然后把另一端的所有死亡对象全部清除，执行流程图如下图所示：  #### 考点分析 本题目考察的是关于垃圾收集的一些理论算法问题，都属于概念性的问题，只要深入理解之后还是挺容易记忆的。和此知识点相关的面试题还有这些： * Java 中可作为 GC Roots 的对象有哪些？ * 说一下死亡对象的判断细节？ #### 知识扩展 * [ ] GC Roots 在 Java 中可以作为 GC Roots 的对象，主要包含以下几个： * 所有被同步锁持有的对象，比如被 synchronize 持有的对象； * 字符串常量池里的引用（String Table）； * 类型为引用类型的静态变量； * 虚拟机栈中引用对象； * 本地方法栈中的引用对象。 * [ ] 死亡对象判断 当使用可达性分析判断一个对象不可达时，并不会直接标识这个对象为死亡状态，而是先将它标记为“待死亡”状态再进行一次校验。校验的内容就是此对象是否重写了 finalize() 方法，如果该对象重写了 finalize() 方法，那么这个对象将会被存入到 F-Queue 队列中，等待 JVM 的 Finalizer 线程去执行重写的 finalize() 方法，在这个方法中如果此对象将自己赋值给某个类变量时，则表示此对象已经被引用了。因此不能被标识为死亡状态，其他情况则会被标识为死亡状态。 以上流程对应的示例代码如下： ``` public class FinalizeTest { // 需要状态判断的对象 public static FinalizeTest Hook = null; @Override protected void finalize() throws Throwable { super.finalize(); System.out.println("执行了 finalize 方法"); FinalizeTest.Hook = this; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hook = new FinalizeTest(); // 卸载对象，第一次执行 finalize() Hook = null; System.gc(); Thread.sleep(500); // 等待 finalize() 执行 if (Hook != null) { System.out.println("存活状态"); } else { System.out.println("死亡状态"); } // 卸载对象，与上一次代码完全相同 Hook = null; System.gc(); Thread.sleep(500); // 等待 finalize() 执行 if (Hook != null) { System.out.println("存活状态"); } else { System.out.println("死亡状态"); } } } ``` 上述代码的执行结果为： ``` 执行了 finalize 方法 存活状态 死亡状态 ``` 从结果可以看出，卸载了两次对象，第一次执行了 finalize() 方法，成功地把自己从待死亡状态拉了回来；而第二次同样的代码却没有执行 finalize() 方法，从而被确认为了死亡状态，这是因为任何对象的 finalize() 方法都只会被系统调用一次。 虽然可以从 finalize() 方法中把自己从死亡状态“拯救”出来，但是不建议这样做，因为所有对象的 finalize() 方法只会执行一次。因此同样的代码可能产生的结果是不同的，这样就给程序的执行带来了很大的不确定性。 #### 小结 本课时讲了对象状态判断的两种算法：引用计数算法和可达性分析算法。其中引用计数算法无法解决循环引用的问题，因此对于绝大多数的商业系统来说使用的都是可达性分析算法；同时还讲了垃圾回收的三种算法：标记-清除算法、标记-复制算法、标记-整理算法，其中，标记-清除算法会带来内存碎片的问题，而标记-复制算法会降低内存的利用率。所以，标记-整理算法算是一个不错的方案。 #### 课后问答 * 1、这个文档是不是有点问题？上面说的GC roots,在知识扩展，哪些可以作为GC roots对象时，却是CG root 讲师回复： 检查了，文稿写的是 GC Roots * 2、GC Roots 的对象： 字符串常量池里的引用 这个怎么理解？字符串常量池不都是一些字符串常量吗？垃圾回收算法 为什么没有讲到 分代垃圾回收算法呢？ 编辑回复： Java 中有两个不常用的概念——字面量和符号引用，可以配合其他资料看看哈。本专栏会讲一些比较常见的知识点，但整个 Java 体系还有很多的内容，可以配合其他资料一起看哦。 * 3、讲师你好，1、怎样判断对象到 GC Roots 没有任何引用链相连呢？在代码中是怎样体现呢？2、垃圾回收的·fullGc是否是判断没有相连后才进行回收，而Mingor GC只是用来标记GC的次数吗？还是？3、强弱软虚四种引用在分别是怎样判断和GC Roots判断没有任何相连的呢？困扰了很多，但是看书没看懂，期待回复 讲师回复： 目前主流的虚拟机都是采用 GC Roots Tracing 的算法来实现跟引用查找的，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，这个不做 JVM 开发建议了解就可以了。 垃圾回收要看具体的垃圾回收器，可以看下 25 课时回收的执行流程，那个里面有答案哦。