JVM垃圾回收与对象状态

看到JVM就不得不说垃圾回收，说到垃圾回收（Garbage Collection，GC），顾名思义，垃圾回收就是释放垃圾占用的空间，在Java中，程序员不需要去关心内存动态分配和垃圾回收的问题，这一切都交给了JVM来处理。那么在Java中，什么样的对象会被认定为“垃圾”？下面我们进行详细解析。

垃圾回收

当程序创建对象、数组等引用类型实体时，系统都会在堆内存中为之分配一块内存区，对象就保存在这块内存区中，当这块内存不再被任何引用变量引用时，这块内存就变成垃圾，等待垃圾回收机制进行回收。垃圾回收机制具有如下特征。

1.垃圾回收机制只负责回收内存中的对象，不会回收任何物理资源（例如数据库连接、网络IO等资源）
2.程序无法精确控制垃圾回收的运行，垃圾回收会在合适的时候进行。
3.在垃圾回收机制回收任何对象之前，总会先调用它的finalize()方法，该方法可能使该对象重新复活（让一个引用变量重新引用该对象），从而导致垃圾回收机制取消回收。

如果垃圾得不到及时的回收，就会出现内存泄漏的情况，具体的内存泄漏请先看这篇文章内存泄漏详细分析，将有助于理解本文中的对象状态。

对象的三种状态

当一个对象在堆内存中运行时，根据它被引用变量所引用的状态，可以把它所处的状态分成如下三种：

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可达状态：当一个对象被创建后，若有一个以上的引用变量引用它，则这个对象在程序中处于可达状态。

可恢复状态：如果程序中某个对象不再有任何引用变量引用它，它就进入了可恢复状态。此时，系统的垃圾回收机制准备回收该对象所占用的内存，在回收该对象之前，系统会调用所有可恢复状态对象的finalize()方法进行资源清理。如果系统在调用finalize()方法时重新让一个引用变量引用该对象，则这个对象会再次变成可达状态；否则该对象将进入不可达状态。

不可达状态：当对象与所有引用变量的关联都被切断，且系统已经调用所有对象的finalize()方法后依然没有使该对象变成可达状态，那么这个对象将永久性地失去引用，最后变成不可达状态。只有当一个对象处于不可达状态时，系统才会真正回收该对象所占有的资源。

举个例子

public static void test()  {
     String a = new String("C++");
     a = new String("Java");
 }

当程序执行test方法的第一行代码时，代码定义了一个a变量，并让该变量指向"C++"字符串，该代码执行结束后"C++"字符串对象处于可达状态。
当程序执行test方法的第二行代码时，代码再次创建了"Java"字符串对象，并让a变量指向该对象。此时"C++"字符串对象处于可恢复状态，而"Java"字符串处于可达状态。

总结：
一个对象可以被一个方法的局部变量引用，也可以被其他类的类变量引用，或被其他对象的实例变量引用。当某个对象被其他类的类变量引用时，只有该类被销毁后，该对象才会进入可恢复状态；当某个对象被其他对象的实例变量引用时，只有当该对象被销毁后，该对象才会进入可恢复状态。

GC如何找到“垃圾”对象

引用计数法：在java中是通过引用来和对象进行关联的，那么很显然一个简单的办法就是通过引用计数来判断一个对象是否可以被回收。如果一个对象引用数为0，则说明该对象基本不太可能在其他地方被使用到，那么这个对象就成为可被回收的对象了。
这种方式的特点是实现简单，而且效率较高，但是它无法解决循环引用的问题，因此在Java中并没有采用这种方式（Python采用的是引用计数法）。看下面这段代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();
         
        object1.object = object2;
        object2.object = object1;
         
        object1 = null;
        object2 = null;
    }
}
 
class MyObject{
    public Object object = null;
}

过程分析：

main方法中new了两个MyObject对象，这两个对象各有一个引用，一个是object1，一个是object2，然后object1和object2又把各自的属性object指向了对方，这时候两个MyObject对象引用数都为2，程序最后，分别将object1，object2释放引用，这时候两个MyObject对象的引用数由2-1成为1。这就导致它们的引用计数都不为0，那么垃圾收集器就永远不会回收它们。

可达性分析法：为了解决循环引用的问题，在Java中采取了可达性分析法。该方法的基本思想是通过一系列的“GC Roots”对象作为起点进行搜索，如果在“GC Roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。

比较常见的将对象判定为可回收对象的情况：

1.显示地将某个引用赋值为null或者将已经指向某个对象的引用指向新的对象，比如下面的代码：

Object obj = new Object();(第一个对象)
obj = null;
Object obj1 = new Object();(第二个对象)
Object obj2 = new Object();(第三个对象)
obj1 = obj2;

上述代码执行完成后，第一个和第二个对象由于没有obj指向，所以可以进行回收。

2.局部引用所指向的对象，比如下面这段代码：

void fun() {
 
.....
    for(int i=0;i<10;i++) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.getClass());
    }   
}

循环每执行完一次，生成的Object对象都会成为可回收的对象。

对象的软、弱和虚引用

上面我们描述的都是用“=”来指向堆中的对象，是属于强引用，在java中还有其他类型的引用，那么他们和垃圾回收的关系是怎样的呢？

强引用（StrongReference）

Java程序中最常见的引用方式。程序创建一个对象，并把这个对象赋给一个引用变量，程序通过该引用变量来操作实际的对象。当一个对象被一个或一个以上的引用变量所引用时，它处于可达状态，不可能被系统垃圾回收机制回收。

软引用（SoftReference）

通过SoftReference类来实现，当一个对象只有软引用时，它有可能被垃圾回收机制回收。当系统内存空间足够时，它不会被系统回收，程序也可使用该对象；当系统内存空间不足时，系统可能会回收它。软引用通常用于对内存敏感的程序中。

弱引用（WeakReference）

通过WeakReference类实现，弱引用和软引用很像，但弱引用的引用级别更低。对于只有弱引用的对象而已，当系统垃圾回收机制运行时，不管系统内存是否足够，总会回收该对象所占用的内存。当然，并不是说当一个对象只有弱引用时，它就会立即被回收——正如那些失去引用的对象一样，必须等到系统垃圾回收机制运行时才会被回收。

虚引用（PhantomReference）

通过PhantomReference类实现，虚引用完全类似于没有引用。虚引用对对象本身没有太大影响，对象甚至感觉不到虚引用的存在。如果一个对象只有一个虚引用时，那么它和没有引用的效果大致相同。虚引用主要用于跟踪对象被垃圾回收的状态，虚引用不能单独使用，虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。程序可以通过检查与虚引用关联的引用队列中是否已经包含了该虚引用，从而了解虚引用所引用的对象被系统垃圾回收过程。