JVM 可达性分析法

1. 前言

上节课我们结束了运行时数据区的讲解，本节课程开始，我们来对执行引擎进行讲解，在执行引擎模块中，首当其冲的就是垃圾回收器。本节主要知识点如下：

我们在 JVM 整体架构介绍的小节提到过 JVM 的垃圾回收器位于执行引擎中。而当时我们的执行引擎只是简单的画了下，那么我们先来看下执行引擎的更细致的结构如下图：

图片描述

Tips：在讲解可达性分析之前，我们先来解决一些基本问题：什么是垃圾回收器？为什么进行垃圾回收？哪些内存需要回收？

什么是垃圾回收器：JVM 为 Java 提供了垃圾回收机制，其实是一种偏自动的内存管理机制。简单来说，垃圾回收器会自动追踪所有正在使用的对象，并将其余未被使用的对象标记为垃圾，不需要开发者手动进行垃圾回收，JVM 自动进行垃圾回收，释放内容。

为什么进行垃圾回收：如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗空，因为我们在不断的分配内存空间而不进行回收。除非内存无限大，我们可以任性的分配不回收，但是事实并非如此。所以，垃圾回收是必须的。

哪些内存需要回收：哪些内存需要回收是垃圾回收机制第一个要考虑的问题，所谓“要回收的垃圾”无非就是那些不可能再被任何途径所使用的对象。无需再使用的对象，会被标记为垃圾，等待JVM回收此部分内存。

Tips：Java中通过可达性分析法来检测对象是否为垃圾，如果不可达，则将对象标记为垃圾，会被 JVM 回收，接下来我们学习可达性分析法。

方法原理：通过一系列称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（即GC Roots到对象不可达时），则证明此对象是不可用的。

那么问题又来了，如何选取 GCRoots 对象呢？在 Java 语言中，可以作为 GCRoots 的对象包括下面几种：

Tips：看了如上的原理与 GC Roots 选择的描述，感觉概念性问题比较抽象，难于理解，我们继续通过示例来进一步理解可达性分析法。

上文中提到了，可达性分析法是通过 GC Roots 为起点的搜索，有四种对象可以作为 GC Roots，那么我们通过如下示意图来理解下，何为不可达对象。

图片描述

GC Roots 四种类型解释：从上图中，我们可以看到四种 GC Roots。这里我们对这四种 GC Roots 做一下更为细致的解释。

虚拟机栈中的引用的对象：我们在程序中正常创建一个对象，对象会在堆上开辟一块空间，同时会将这块空间的地址作为引用保存到虚拟机栈中，如果对象生命周期结束了，那么引用就会从虚拟机栈中出栈，因此如果在虚拟机栈中有引用，就说明这个对象还是有用的，这种情况是最常见的；
全局的静态的对象：也就是使用了 static 关键字，由于虚拟机栈是线程私有的，所以这种对象的引用会保存在共有的方法区中，显然将方法区中的静态引用作为 GC Roots 是必须的；
常量引用：就是使用了 static final 关键字，由于这种引用初始化之后不会修改，所以方法区常量池里的引用的对象也应该作为 GC Roots；
Native 方法引用对象：这一种是在使用 JNI 技术时，有时候单纯的 Java 代码并不能满足我们的需求，我们可能需要在 Java 中调用 C 或 C++ 的代码，因此会使用 native 方法，JVM 内存中专门有一块本地方法栈，用来保存这些对象的引用，所以本地方法栈中引用的对象也会被作为 GC Roots。

从上图来理解可达性分析法就会非常简单，四种 GC Roots 无非是 Java 中的引用对象，从GC Roots 出发，类似于我们使用开发工具看代码，发现某部分代码用不到了，我们就会删除这部分代码。其实可达性分析法也是如此，发现某些对象不可达了，就会被垃圾回收器收集。

从上图中来看，对象 A，B，C，D，E，F 为可达对象；而对象 G，H，I，J，K 为不可达对象，会被标记为垃圾对象，最终被垃圾回收器回收。

本节讲解了垃圾回收回收器的定义以及垃圾回收器存在的意义，并在此基础上讲解了垃圾回收器是如何判定对象的可达性的。可达性分析法是本节的核心知识点，是必须要掌握的知识点。

在讲解 GC Roots 的知识点时，我们总是会使用 “引用对象” 这四个字，其中引用又分为 4 种引用，下节课程我们会详细的讲解。