垃圾回收之“生死簿”：揭秘JVM如何鉴定“垃圾”

后端

2023-04-12 13:52:53

JVM的生死簿：垃圾回收机制剖析

幕后英雄，守护内存的纯净

在浩瀚的Java编程世界中，垃圾回收（Garbage Collection，GC）机制如同一个幕后英雄，默默守护着内存的纯净。它自动识别并回收不再被使用的对象，释放宝贵的内存空间，为程序的稳定运行保驾护航。

生死簿的秘密：判定对象生死

垃圾回收的核心任务是如何准确判定一个对象是否可以被回收。在Java中，主要有两种算法来实现这一目的：引用计数法和可达性算法。

引用计数法：简单直接，但也有局限

引用计数法就像给每个对象发放一张“生死簿”，每当一个对象被引用时，它的“生死簿”上就会记上一笔；每当一个对象的引用被释放时，它的“生死簿”上就会少一笔。当“生死簿”上的记数为0时，就说明该对象不再被任何其他对象引用，因此可以被回收。

引用计数法的优点是实现简单、效率较高，但它有一个致命的缺陷：无法处理循环引用。循环引用就像两个或多个对象手拉手，导致它们的“生死簿”上永远记着彼此的“名字”，无法降为0，从而无法被回收。

可达性算法：更复杂，但更强大

为了解决循环引用的问题，Java中引入了更为复杂的算法：可达性算法。可达性算法的原理就像在内存中寻找一条从“根”对象到每个对象的路径。如果一个对象无法通过这条路径被找到，那么它就可以被回收。

在Java中，根对象包括全局变量、静态变量、方法参数和局部变量。可达性算法从这些根对象出发，逐层向下查找所有可达的对象。如果一个对象不可达，则说明它可以被回收。

可达性算法可以有效处理循环引用问题，但它也有一个缺点：算法实现较为复杂，效率略低于引用计数法。

算法之争：引用计数法VS可达性算法

在Java中，JVM采用可达性算法作为默认的垃圾回收算法，因为在大多数情况下，可达性算法比引用计数法更为高效。然而，在某些特殊场景下，引用计数法可能更适合。

例如：

当对象的生命周期非常短时，引用计数法可能比可达性算法更高效。
当对象存在大量循环引用时，可达性算法可能比引用计数法更高效。

因此，程序员在选择垃圾回收算法时，需要根据实际情况进行权衡。

代码示例：

引用计数法

class Object {
    private int refCount;

    public Object() {
        refCount = 0;
    }

    public void addRef() {
        refCount++;
    }

    public void releaseRef() {
        refCount--;
        if (refCount == 0) {
            //回收对象
        }
    }
}

可达性算法

class Object {
    private boolean reachable;

    public Object() {
        reachable = false;
    }

    public void setReachable(boolean reachable) {
        this.reachable = reachable;
    }

    public boolean isReachable() {
        return reachable;
    }
}

class GC {
    private static Set<Object> roots;

    public static void mark(Object root) {
        if (!root.isReachable()) {
            root.setReachable(true);
            for (Object ref : root.getReferences()) {
                mark(ref);
            }
        }
    }

    public static void sweep() {
        for (Object obj : objects) {
            if (!obj.isReachable()) {
                //回收对象
            }
        }
    }
}