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《JVM如何判断一个对象可以被回收？图文详解GC Root算法》

news 来源：原创 2025/5/20 6:42:06

大家好呀！我是你们的老朋友Java技术博主👋 今天咱们来聊聊Java虚拟机(JVM)中一个超级重要的话题——垃圾回收机制(Garbage Collection)和GC Root可达性分析！这可是Java程序员必须掌握的核心知识点哦！😎

🌟 前言：为什么需要垃圾回收？

想象一下你家的房间 🏠，如果从来不打扫卫生，垃圾越堆越多，最后会怎么样？没错，房间会变得又脏又乱，甚至没法住人了！😱

Java程序运行时也是这样，会不断创建对象(就像产生垃圾)，如果不及时清理，内存就会被占满，程序就会"卡死"！💀

所以Java设计了"自动垃圾回收"机制，就像请了个智能保洁阿姨 🤖，会自动帮我们打扫内存，清理不再使用的对象。这就是GC(Garbage Collection)的由来！

📚 一、垃圾回收基本概念

1.1 什么是垃圾？

在Java中，"垃圾"就是指那些已经不再被使用的对象。比如：

public class Test {public static void main(String[] args) {String s1 = new String("hello");  // 创建对象1s1 = new String("world");        // 对象1变成垃圾了！}
}

上面的代码中，第一个"hello"字符串对象后来没人引用了，就变成了垃圾🗑️。

1.2 为什么要回收垃圾？

因为内存是有限的！如果不回收垃圾：

内存会被慢慢耗尽 💧
程序运行会越来越慢 🐢
最终导致OutOfMemoryError崩溃 💥

1.3 垃圾回收是谁来做的？

JVM中有专门的垃圾收集器(Garbage Collector) 来做这件事，不同的JDK版本有不同的实现，比如：

Serial GC 🚂
Parallel GC ✈️
CMS GC �
G1 GC 🚀
ZGC 🛸

（具体收集器我们后面再细讲）

🔍 二、如何判断对象是垃圾？

这是垃圾回收的核心问题！JVM主要使用可达性分析算法来判断对象是否存活。

2.1 引用计数法（简单但有问题）

先来看一个简单的思路：给每个对象加个计数器，记录有多少引用指向它。

Object a = new Object();  // 对象A的引用计数=1
Object b = a;             // 对象A的引用计数=2
a = null;                // 对象A的引用计数=1
b = null;                // 对象A的引用计数=0 → 可以回收

看起来不错？但是有个致命问题——循环引用！

class Node {Node next;
}Node a = new Node();  // 对象A计数=1
Node b = new Node();  // 对象B计数=1
a.next = b;           // 对象B计数=2
b.next = a;           // 对象A计数=2a = null;             // 对象A计数=1
b = null;             // 对象B计数=1
// 但实际上A和B已经无法被访问了，却因为计数不为0无法回收！😱

所以Java没有用这种方法！

2.2 可达性分析算法（Java实际使用的）

这个算法就像在对象间玩"谁是我的朋友"的游戏 🎮：

首先定义一些GC Roots（相当于"顶级大佬"）
从这些GC Roots出发，看看能"抱大腿"（被引用）的对象
所有能通过引用链到达的对象都是存活对象
其他对象就是垃圾，可以回收

[外链图片转存中…(img-u7WZTOeT-1746801753658)] (想象这是一张很生动的可达性分析图)

🌳 三、GC Roots有哪些？

GC Roots就像是对象世界的"顶级大佬"，主要有以下几类：

3.1 虚拟机栈中的局部变量

public void method() {Object obj = new Object();  // obj就是GC Root// ... 
}  // 方法结束后obj不再为GC Root

3.2 方法区中的静态变量

class Test {static Object staticObj = new Object();  // staticObj是GC Root
}

3.3 方法区中常量引用的对象

class Test {static final String CONSTANT = "constant";  // CONSTANT是GC Root
}

3.4 本地方法栈中JNI引用的对象

public native void nativeMethod(Object obj);  // native方法引用的对象

3.5 同步锁持有的对象

synchronized(lockObject) {  // lockObject是GC Root// ...
}

3.6 虚拟机内部引用

比如基本类型对应的Class对象、常驻的异常对象等。

🧐 四、可达性分析详细过程

让我们用一个超详细的例子来看看可达性分析是怎么工作的！

class Person {String name;Person friend;Person(String name) {this.name = name;}
}public class GCDemo {static Person p1 = new Person("张三");  // GC Rootpublic static void main(String[] args) {Person p2 = new Person("李四");  // GC Root (栈局部变量)Person p3 = new Person("王五");  // GC Root (栈局部变量)p1.friend = p2;p2.friend = p3;p3.friend = new Person("赵六");p2 = null;  // 断开李四的引用}
}

现在内存中的对象关系是这样的：

GC Roots:- 静态变量 p1 → 张三- 局部变量 p3 → 王五对象引用链:张三 → 李四 → 王五 → 赵六王五 (直接由p3引用)

可达性分析步骤：

从GC Roots出发：
- p1(张三)可达
- p3(王五)可达
扫描张三的引用：
- 张三 → 李四 (可达)
- 李四 → 王五 (但王五已经被标记)
- 王五 → 赵六 (可达)
最终存活对象：
- 张三、李四、王五、赵六
其他对象：无（这个例子中所有对象都可达）

如果把代码改成：

p3 = null;  // 断开王五的引用

那么对象链就变成：

张三 → 李四 → 王五 → 赵六

但没有任何GC Roots能到达王五和赵六了，所以：

存活对象：张三、李四
可回收对象：王五、赵六

⏳ 五、对象的生死历程

一个对象在垃圾回收中的"一生"是这样的：

可达的：从GC Roots能到达
可复活：重写了finalize()方法且未被调用过
不可达的：从GC Roots无法到达
真正死亡：finalize()后仍然不可达

特别要注意finalize()方法：

protected void finalize() throws Throwable {// 对象被回收前的最后挣扎// 可以在这里让对象重新被引用"复活"
}

但是！⚠️ 强烈建议不要依赖finalize()！因为：

调用时机不确定
性能差
可能根本不被调用

🧹 六、垃圾回收算法

知道了哪些是垃圾后，JVM会用以下几种方式清理：

6.1 标记-清除 (Mark-Sweep)

标记所有存活对象
清除所有未标记对象

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

✅ 优点：简单直接
❌ 缺点：产生内存碎片

6.2 标记-整理 (Mark-Compact)

标记存活对象
移动存活对象到内存一端
清理边界外内存

[外链图片转存中…(img-hQAmW4wT-1746801753659)]

✅ 优点：没有碎片
❌ 缺点：移动对象成本高

6.3 复制算法 (Copying)

把内存分成两块，只用其中一块：

将存活对象复制到另一块
清空当前块

✅ 优点：没有碎片、简单高效
❌ 缺点：浪费一半内存

6.4 分代收集 (Generational)

这是现代JVM最常用的方法！根据对象存活时间把堆分成：

新生代 (Young Generation) - 新创建的对象
- 使用复制算法
- 分为Eden、Survivor0、Survivor1区
老年代 (Tenured Generation) - 长期存活的对象
- 使用标记-清除或标记-整理
永久代/元空间 (PermGen/Metaspace) - 类信息等
- JDK8后用元空间替代永久代

对象晋升过程：

新生对象 → Eden区 → 第一次GC后 → Survivor区 → 多次GC后 → 老年代

🚗 七、常见垃圾收集器

JVM提供了多种垃圾收集器，就像不同的清洁车：

7.1 Serial收集器 🚜

单线程工作
适合客户端小应用
会"Stop The World"（暂停所有应用线程）

7.2 Parallel收集器 ✈️

Serial的多线程版本
JDK8默认收集器
注重吞吐量

7.3 CMS收集器 🚒

并发标记清除
减少停顿时间
JDK9开始被废弃

7.4 G1收集器 🚀

JDK9后默认收集器
把堆分成多个Region
可预测停顿时间

7.5 ZGC收集器 🛸

JDK11引入
超低延迟（<10ms）
处理超大堆

🛠️ 八、GC调优基础

虽然GC是自动的，但我们也可以适当调优：

8.1 常用JVM参数

-Xms / -Xmx：初始/最大堆大小
-Xmn：新生代大小
-XX:+UseG1GC：使用G1收集器
-XX:MaxGCPauseMillis=200：目标最大GC停顿

8.2 调优原则

优先让JVM自动调整
先满足性能要求，再考虑减少内存
监控GC日志是关键！

8.3 查看GC日志

添加JVM参数：

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log

💡 九、内存泄漏排查技巧

即使有GC，也可能发生内存泄漏！常见原因：

静态集合持有对象
未关闭的资源（连接、流等）
监听器未注销
不合理的缓存

排查工具：

jmap：生成堆转储
jvisualvm：可视化分析
Eclipse MAT：强大的内存分析工具

📝 十、总结

垃圾回收是JVM自动内存管理机制 🧹
可达性分析通过GC Roots判断对象存活 🌳
GC Roots包括：栈局部变量、静态变量等 🔍
主要回收算法：标记-清除、复制、分代 ♻️
不同收集器适用于不同场景 🚀
适当调优可以提升性能 ⚡

记住，理解GC原理对于写出高性能Java程序非常重要！