JVM垃圾回收（上）

Java 中的垃圾回收，常常是由 JVM 帮我们做好的。虽然这节省了大家很多的学习的成本，提高了项目的执行效率，但是当项目变得越来越复杂，用户量越来越大时，还是需要我们懂得垃圾回收机制，这样也能进行更深一步的优化。

辨别对象存亡

垃圾回收( Garbage Collection，以下简称 GC )，从字面上理解，就是将已经分配出去的，但却不再使用的内存回收回来，以便能够再次分配。

在 JVM 中，垃圾就是指的死亡对象所占据的堆空间( GC 是发生在堆空间中)，那么我们如果辨别一个对象是否死亡呢？JVM 使用的是引用计数法和可达性分析。

引用计数法

引用计数法( Reference Counting)，是为每个对象添加一个引用计数器，用来统计引用该对象的个数。一旦某个对象的引用计数器为0，则说明该对象已经死亡，便可以被回收了。

其具体实现为：

如果有一个引用，被赋值为某一对象，那么将该对象的引用计数器 +1。

如果一个指向某一对象的引用，被赋值为其他值，那么将该对象的引用计数器 -1。

也就是说，我们需要截获所有的引用更新操作，并且相应地增减目标对象的引用计数器。

看似很简单的实现，其实里面有不少缺陷：

1. 需要额外的空间来存储计数器。
2. 计数器的更新操作十分繁琐。
3. 最重要的：无法处理循环引用对象。

针对第3点，举个例子特别说明一下：

假设对象 a 与 b 相互引用，除此之外没有其他引用指向他们。在这种情况下，a 和 b 实际上已经死了。

但由于它们的引用计数器皆不为0（因为相互引用，两者均为1），在引用计数法的计算中，这两个对象还活着。因此，这些循环引用对象所占据的空间将不可回收，从而造成了内存泄露。

可达性分析

可达性分析( Reachability Analysis )，是目前 JVM 主要采取的判定对象死亡的方法。实质在于将一系列GC Roots作为初始的存活对象合集（live set），然后从该合集出发，探索所有能够被该集合引用到的对象，并将其加入到该集合中，这个过程我们也称之为标记（mark）。最终，未被探索到的对象便是死亡的，是可以回收的。

那么什么是GC Roots呢？我们可以暂时理解为由堆外指向堆内的引用，一般而言，GC Roots 包括（但不限于）如下几种：

1. Java 方法栈桢中的局部变量
2. 已加载类的静态变量
3. JNI handles
4. 已启动且未停止的 Java 线程

之前我们说引用计数法会有循环引用的问题，可达性分析就不会了。举例来说，即便对象 a 和 b 相互引用，只要从 GC Roots 出发无法到达 a 或者 b，那么可达性分析便会认为它们已经死亡。

那可达性分析有没有什么缺点呢？有的，在多线程环境下，其他线程可能会更新已经分析过的对象中的引用，从而造成误报（将引用设置为 null）或者漏报（将引用设置为未被访问过的对象）。

误报并没有什么伤害，JVM 至多损失了部分垃圾回收的机会。漏报则比较麻烦，因为垃圾回收器可能回收事实上仍被引用的对象内存。一旦从原引用访问已经被回收了的对象，则很有可能会直接导致 JVM 崩溃。

STW

既然可达性分析在多线程下有缺点，那 JVM 是如何解决的呢？答案便是 Stop-the-world(以下简称JWT)，停止了其他非垃圾回收线程的工作直到完成垃圾回收。这也就造成了垃圾回收所谓的暂停时间（GC pause）。

那 SWT 是如何实现的呢？当 JVM 收到 SWT 请求后，它会等待所有的线程都到达安全点（Safe Point），才允许请求 SWT 的线程进行独占的工作。

那什么又叫安全点呢？安全点是 JVM 能找到一个稳定的执行状态，在这个执行状态下，JVM 的堆栈不会发生变化。

这么一来，垃圾回收器便能够“安全”地执行可达性分析，所有存活的对象也都可以成功被标记，那么之后就可以将死亡的对象进行垃圾回收了。

总结

以上便是发现死亡对象的过程，这也为之后的垃圾回收进行铺垫，具体的垃圾回收过程，我会在下一篇文章中讲述，敬请期待。