JVM 可達性分析法

1. 前言

上節課我們結束了運行時數據區的講解，本節課程開始，我們來對執行引擎進行講解，在執行引擎模塊中，首當其沖的就是垃圾回收器。本節主要知識點如下：

• 了解垃圾回收器在 JVM 整體架構中的位置，為本節基礎知識；
• 了解并掌握垃圾回收器的定義以及意義，為本節基礎知識；
• 理解并掌握可達性分析法的原理以及意義，為本節課程的核心知識點。

2. 垃圾回收器的位置

我們在 JVM 整體架構介紹的小節提到過 JVM 的垃圾回收器位于執行引擎中。而當時我們的執行引擎只是簡單的畫了下，那么我們先來看下執行引擎的更細致的結構如下圖：

Tips：在講解可達性分析之前，我們先來解決一些基本問題：什么是垃圾回收器？為什么進行垃圾回收？哪些內存需要回收？

3. 垃圾回收器的基本概念

什么是垃圾回收器：JVM 為 Java 提供了垃圾回收機制，其實是一種偏自動的內存管理機制。簡單來說，垃圾回收器會自動追蹤所有正在使用的對象，并將其余未被使用的對象標記為垃圾，不需要開發者手動進行垃圾回收，JVM 自動進行垃圾回收，釋放內容。

為什么進行垃圾回收：如果不進行垃圾回收，內存遲早都會被消耗空，因為我們在不斷的分配內存空間而不進行回收。除非內存無限大，我們可以任性的分配不回收，但是事實并非如此。所以，垃圾回收是必須的。

哪些內存需要回收：哪些內存需要回收是垃圾回收機制第一個要考慮的問題，所謂“要回收的垃圾”無非就是那些不可能再被任何途徑所使用的對象。無需再使用的對象，會被標記為垃圾，等待JVM回收此部分內存。

Tips：Java中通過可達性分析法來檢測對象是否為垃圾，如果不可達，則將對象標記為垃圾，會被 JVM 回收，接下來我們學習可達性分析法。

4. 可達性分析法基本原理

方法原理：通過一系列稱為"GC Roots"的對象作為起始點，從這些節點向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈（即GC Roots到對象不可達時），則證明此對象是不可用的。

那么問題又來了，如何選取 GCRoots 對象呢？在 Java 語言中，可以作為 GCRoots 的對象包括下面幾種：

• 虛擬機棧（棧幀中的局部變量區，也叫局部變量表）中引用的對象；
• 方法區中的類靜態變量屬性引用的對象；
• 方法區中常量引用的對象；
• 本地方法棧中 JNI（Native方法）引用的對象。

Tips：看了如上的原理與 GC Roots 選擇的描述，感覺概念性問題比較抽象，難于理解，我們繼續通過示例來進一步理解可達性分析法。

4. 可達性分析法示例

上文中提到了，可達性分析法是通過 GC Roots 為起點的搜索，有四種對象可以作為 GC Roots，那么我們通過如下示意圖來理解下，何為不可達對象。

GC Roots 四種類型解釋：從上圖中，我們可以看到四種 GC Roots。這里我們對這四種 GC Roots 做一下更為細致的解釋。

• 虛擬機棧中的引用的對象：我們在程序中正常創建一個對象，對象會在堆上開辟一塊空間，同時會將這塊空間的地址作為引用保存到虛擬機棧中，如果對象生命周期結束了，那么引用就會從虛擬機棧中出棧，因此如果在虛擬機棧中有引用，就說明這個對象還是有用的，這種情況是最常見的；

• 全局的靜態的對象：也就是使用了 static 關鍵字，由于虛擬機棧是線程私有的，所以這種對象的引用會保存在共有的方法區中，顯然將方法區中的靜態引用作為 GC Roots 是必須的；

• 常量引用：就是使用了 static final 關鍵字，由于這種引用初始化之后不會修改，所以方法區常量池里的引用的對象也應該作為 GC Roots；

• Native 方法引用對象：這一種是在使用 JNI 技術時，有時候單純的 Java 代碼并不能滿足我們的需求，我們可能需要在 Java 中調用 C 或 C++ 的代碼，因此會使用 native 方法，JVM 內存中專門有一塊本地方法棧，用來保存這些對象的引用，所以本地方法棧中引用的對象也會被作為 GC Roots。

從上圖來理解可達性分析法就會非常簡單，四種 GC Roots 無非是 Java 中的引用對象，從GC Roots 出發，類似于我們使用開發工具看代碼，發現某部分代碼用不到了，我們就會刪除這部分代碼。其實可達性分析法也是如此，發現某些對象不可達了，就會被垃圾回收器收集。

從上圖中來看，對象 A，B，C，D，E，F 為可達對象；而對象 G，H，I，J，K 為不可達對象，會被標記為垃圾對象，最終被垃圾回收器回收。

5. 小結

本節講解了垃圾回收回收器的定義以及垃圾回收器存在的意義，并在此基礎上講解了垃圾回收器是如何判定對象的可達性的?？蛇_性分析法是本節的核心知識點，是必須要掌握的知識點。

在講解 GC Roots 的知識點時，我們總是會使用 “引用對象” 這四個字，其中引用又分為 4 種引用，下節課程我們會詳細的講解。