JVM对象是否要被回收

https://github.com/fenixsoft/jvm_book（周志明深入java虚拟机代码）

垃圾回收围绕着以下三个问题

哪些内存需要回收
什么时候回收
如何回收

程序计数器/虚拟机栈/本地方法栈这3个区域随线程而生，随线程而灭。

这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，无需考虑如何回收的问题，当方法或线程结束时，内存自然就跟着回收了

而Java堆和方法区这两个区域则有着很显著的不确定性

（一个接口的多个实现类需要的内存肯能会不一样，一个方法所执行的不同条件分支所需要的内存也不一样）

只有在运行期间，才会知道程序会创建哪些对象，创建多少个对象，这部分内存的分配与回收是动态的。

垃圾收集器就是关注这一部分的内存该如何管理。

判断对象是否存活

（1）引用计数算法

在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。

引用计数算法的缺陷：如下列代码，循环引用无法释放

wjdk8用jmap有bug,详见

下面用的jdk11

//jps -v //查看java进程pid
//jhsdb jmap --heap --pid 23142 //数字为要看的进程号

 /***testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？*/
public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance=null;

    private static final int _1MB = 1024*1024;
    /**
     *  这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否有回收过
     */
    private byte[]bigSize= new byte[2*_1MB];
    
    public static void testGC(){
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        objA = null;
        objB = null;
        //假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }
}

证明jvm并不是通过计数算法来判断对象是否存活

（2）可达性分析算法

在Java技术体系里面，固定可作为GCRoots的对象包括以下几种：

在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。·在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（StringTable）里的引用。
在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法,Java Native Interface）引用的对象。

Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。

所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。

反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等

（3）引用

在JDK1.2版之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为

强引用（Strongly Reference）
软引用（Soft Reference）
弱引用（Weak Reference）
虚引用（Phantom Reference）

这4种引用强度依次逐渐减弱。

强引用是最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“Objectobj=newObject()”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
软引用是用来描述一些还有用，但非必须的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用。
弱引用也是用来描述那些非必须对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用。
虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK1.2版之后提供了PhantomReference类来实现虚引用。

（4）即使在可达性算法中判断成不可达对象，也不一定被回收

这时候它们暂时还处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：

如果对象在进行可达性分析后发现没有与GCRoots相连接的引用链，那它将会被第一次标记，随后进行一次筛选，

筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。

假如对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，那么虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

如果这个对象被判定为确有必要执行finalize()方法，那么该对象将会被放置在一个名为FQueue的队列之中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低调度优先级的Finalizer线程去执行它们的finalize()方法。

这里所说的“执行”是指虚拟机会触发这个方法开始运行，但并不承诺一定会等待它运行结束。

这样做的原因是，如果某个对象的finalize()方法执行缓慢，或者更极端地发生了死循环，将很可能导致FQueue队列中的其他对象永久处于等待，甚至导致整个内存回收子系统的崩溃。

finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后收集器将对FQueue中的对象进行第二次小规模的标记，

如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，譬如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移出“即将回收”的集合；

如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的要被回收了。从下列代码中可以看到一个对象的finalize()被执行，但是它仍然可以存活。

/**
 * 此代码演示了两点：
 * 1.对象可以在被GC时自我拯救。
 * 2.这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次
 *
 * @author zzm
 */
public class FinalizeEscapeGC {

    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    public void isAlive() {
        System.out.println("yes, i am still alive :)");
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize method executed!");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

        //对象第一次成功拯救自己
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }

        // 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }
    }
}

finalize method executed!
yes, i am still alive :)
no, i am dead :(

注：尽量避免使用finalize()，因为它并不能等同于C和C++语言中的析构函数。

它的运行代价高昂，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序，如今已被官方明确声明为不推荐使用的语法。

有些教材中描述它适合做“关闭外部资源”之类的清理性工作，这完全是对finalize()方法用途的一种自我安慰。

finalize()能做的所有工作，使用tryfinally或者其他方式都可以做得更好、更及时。

（5）方法区回收

方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃的常量和不再使用的类型。

回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。

举个常量池中字面量回收的例子，假如一个字符串“java”曾经进入常量池中，

但是当前系统又没有任何一个字符串对象的值是“java”，换句话说，已经没有任何字符串对象引用常量池中的“java”常量，且虚拟机中也没有其他地方引用这个字面量。

如果在这时发生内存回收，而且垃圾收集器判断确有必要的话，这个“java”常量就将会被系统清理出常量池。

常量池中其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。

判定一个常量是否“废弃”还是相对简单，而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。

需要同时满足下面三个条件：

该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。

加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景，如OSGi、JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。

该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

Java虚拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允许”，

而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。

关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用
-verbose：class以及XX：+TraceClassLoading、XX：+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息，其中verbose：class和XX：+TraceClassLoading可以在Product版的虚拟机中使用，XX：+TraceClassUnLoading参数需要FastDebug版的虚拟机支持。在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。