Java对象的自我救赎

一、如何判断对象已死?

我们知道程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域都是线程私有的,它们的生命周期都是随着线程而生,随着线程而亡,因此是不需要过多考虑回收的问题,而Java Heap(堆)与Method Area(方法区)不一样,必须考虑内存回收问题。

我们只有当程序运行的时候才会知道会创建哪些类,而这些类占用内存也是不同的,不会固定,都是动态的,即这部分的内存的分配与回收都是动态的,垃圾收集器关注的就是这部分内存。

VM判断对象是否死亡主要有两种方式,一种是通过计数器的方式,另外一种是通过引用链(根搜索算法):

1、计数器方式

这是很多教科书是提及到的方法,可以算是经典的一种方式。

(1)原理:通过引用一个计数器,每次对象被引用就会加1,当引用失败后,自然减1…如此下去,直到计数器为0(其实任何时刻都可能为0),那么可以认为此对象不可能再被引用了,也就是达到GC的条件。

(2)优点:简单容易实现,判断效率也高,计数器的操作并不占用过多资源。

(3)缺点:那很明显就是无法解决对象之间的循环引用问题,至于什么是对象之间的循环引用,可以通过下面的代码理解:

private Object instance = null;

GCObject ojbA = new Object();

GCObject ojbB = new Object();

//对象之间的循环引用

objA.instance = objB;

objB.instance = objA;

//两个对象已经不能被引用

objA = null;

objB = null;

//这里开始GC

system.gc();

2、根搜索(GC Roots Tracing)方式

在很多主流的VM中都会使用到此方式,个人理解此方式主要是利用数据结构中“有向图”是否存在可达路径(其实也不太准确,但是说是Tree也是不准确的),不存在则说明引用链不存在,对象是死亡状态的。

(1)原理:通过一系列可以被认为为根对象(GC Roots)的对象作为起始点,从这些起始点往下搜索遍历,得到的遍历路径称之为引用链(Reference Chain),当一个对象的到GC Roots不存在任何引用链时(不可达),则说明该对象不可用,引用此对象的其他对象可能也会随之不可用。

Java对象的自我救赎

图中Object7与GC Root之间已不存在引用链,随之带来的Object8、Object9亦然。故做“死亡”对象被GC。

(2)GC Roots对象:

◦Java Stack中本地变量表中引用的对象:Java栈本地变量表中引用类型指向Java堆中的对象,即Object object = new Object()中object引用Object对象

◦Method Area中类static静态属性引用的对象:即static object…,方法区中存储类的信息、常量(final)、静态(static)变量等

◦Method Area中常量引用的对象:即final Object…

◦本地方法栈中JNI的引用对象:即Native方法引用的对象

(3)优点:可以避免对象循环引用问题,能彻底知道对象是否为死亡状态。

(4)缺点:遍历需要时间,效率相对低。

二、被死亡标记的对象不能有机会复活吗?

经过根搜索算法后,那些不可达的对象也不是一定会要被执行“死刑”的,实际上只是暂时处于“缓刑”状态,GC会给它们再一次“复活”的机会。真正要执行“死刑”的对象都要经过两次标记过程:

(1)不可达的对象将会被第一次标记并进行一次筛选(此对象是否有必要执行finalize()方法),有两种情况时没必要的:对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被VM调用过。

(2)如果是有必要执行finalize()方法,那么该对象会被放入一个F-Quence队列中,然后VM自动建立一个低优先级的Finalizer线程与执行(触发finalize()方法),大不会等待它结束为止。这是因为防止对象在执行finalize()时死循环或者其他更严重的情况,那么F-Queue队列中其他对象都会一直等待。在F-Quece队列中对象只要在执行finalize()方法过程中能够再次建立一个引用链,救能把自己“救活”,那么VM就会进行第二次标记将该已经“自我救赎”的对象移出F-Quence队列。反之如果没有任何的引用链,那么该对象的生命就到期结束。但这种“自我救赎”只能有一次机会,因为一个对象的finalize()方法只能被系统自动调用一次。注意:finalize()析构函数不像C++那样比用,在Java中是不推荐使用的,是因为运行成本高且不确定性大

总结起来就是:VM会对那些执行了finalize()方法的对象利用F-Quence队列进行一次finalize()方法中是否存在存在引用链(自我救赎)的确认。有则存活(得感谢自己最后一次挣扎!),无则死亡(神仙都救不了你!)

通过下面的代码实现来更加理解这个过程:

/**

* 模拟对象在生死边缘拯救自己的过程

* @author Lijian

*/

public class FinalizeEscapeGC {

public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null; //没有引用链,很危险很可能被回收

public void isAlive() {

System.out.println("I am still alive :)");

}

//重写finalize()方法:有必要执行finalize()方法,放入F-Quece队列

//VM 创建的线程Finalizer会执行finalize()方法,这是对象唯一一次自我救赎机会

@Override

protected void finalize() throws Throwable {

super.finalize();

System.out.println("finalize method executed!");

FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;//真正的自我救赎,重新在finalize()中建立引用链

}

public static void main(String[] args) throws Throwable{

SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

//第一次救赎

SAVE_HOOK = null;//不存在引用链,引起GC注意将会第一次标记

System.gc();

Thread.sleep(500);//Finalzier方法优先级低,所以先暂定0.5m。等待它

if (SAVE_HOOK != null) {

SAVE_HOOK.isAlive();//还活着   

}else {

System.out.println("No, I am dead :(");

}

//不等于null证明活过来了

System.out.println(SAVE_HOOK);

//再一次救赎:活过来之后再失去引用链,再次尝试自我拯救

//但是finalize()方法只能被系统调用一次,结果是失败的

SAVE_HOOK = null;//活过来之后再失去引用链

System.gc();

Thread.sleep(500);

if (SAVE_HOOK != null) {

SAVE_HOOK.isAlive();

}else {

System.out.println("No, I am dead!");

}

}

}

输出结果:

1 finalize method executed!

2 I am still alive :)

3 main.FinalizeEscapeGC@7852e922

4 No, I am dead!

整个流程如下:

Java对象的自我救赎

接下来就是垃圾回收算法、垃圾回收器、内存分配与回收等。

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