JVM 垃圾回收器（Garbage Collector）需要判斷哪些對象是“垃圾”，即不再被程序使用的對象，以便回收它們占用的內存。JVM 主要使用以下兩種方法來判斷對象是否是垃圾：

1. 引用計數算法 (Reference Counting):

• 原理：

  • 為每個對象維護一個引用計數器。
  • 當一個對象被引用時，引用計數器加 1。
  • 當一個對象的引用被置為 null 或超出作用域時，引用計數器減 1。
  • 當一個對象的引用計數器為 0 時，表示該對象不再被任何地方引用，可以被回收。

• 優點：

  • 實現簡單： 只需要維護一個計數器。
  • 實時性高： 當對象的引用計數器變為 0 時，可以立即回收該對象。

• 缺點：

  • 無法解決循環引用問題： 如果兩個或多個對象相互引用，即使它們不再被其他對象引用，它們的引用計數器也不會變為 0，導致無法回收。

  public class ReferenceCountingGC {public Object instance = null;public static void main(String[] args) {ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();objA.instance = objB; // objA 引用 objBobjB.instance = objA; // objB 引用 objAobjA = null; // objA 不再引用對象objB = null; // objB 不再引用對象// 此時，objA 和 objB 相互引用，引用計數器都不為 0，無法被回收 (即使它們已不再被使用)// ...}
  }
  

• HotSpot VM 是否使用： HotSpot VM 不使用引用計數算法，因為它無法解決循環引用問題。

2. 可達性分析算法 (Reachability Analysis) (根搜索算法):

• 原理：

  • 從一組稱為 “GC Roots” 的根對象開始，沿著對象引用鏈進行遍歷。
  • 如果一個對象到 GC Roots 之間沒有任何引用鏈相連，則說明該對象不可達，可以被回收。
  • 可達的對象會被標記, 不可達的對象被認為是垃圾.

• GC Roots:

  • 虛擬機棧 (VM Stack) 中引用的對象： 局部變量、方法參數等引用的對象。
  • 方法區中類靜態屬性引用的對象： static 變量引用的對象。
  • 方法區中常量引用的對象： final 修飾的常量引用的對象。
  • 本地方法棧中 JNI (Java Native Interface) 引用的對象： Native 方法引用的對象。
  • Java 虛擬機內部的引用: 例如, 基本數據類型對應的 Class 對象, 一些常駐的異常對象(NullPointerException, OutOfMemoryError 等), 系統類加載器.
  • 被同步鎖 (synchronized 關鍵字) 持有的對象。
  • 反應Java虛擬機內部情況的 JMXBean、JVMTI 中注冊的回調、本地代碼緩存等。

• 優點：

  • 可以解決循環引用問題。
  • 準確性高。

• 缺點：

  • 需要暫停應用程序 (Stop-The-World): 在進行可達性分析時，需要暫停所有 Java 線程，以保證分析結果的準確性。
  • 實現復雜。

• HotSpot VM 是否使用： HotSpot VM 使用可達性分析算法。

對象死亡的判定 :

即使通過可達性分析算法判斷一個對象不可達，它也不會立即被回收。對象真正死亡需要經歷至少兩次標記過程：

1. 第一次標記：

   • 如果對象在進行可達性分析后發現沒有與 GC Roots 相連接的引用鏈，則會被第一次標記。
   • 會進行篩選, 判斷此對象是否有必要執行 finalize() 方法。
   • 如果對象沒有覆蓋 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已經被虛擬機調用過，則會被判定為“沒有必要執行”。
   • 如果對象覆蓋了 finalize() 方法, 且還沒有被調用過, 則會將該對象放置在一個名為 F-Queue 的隊列中。

2. finalize() 方法的執行 (如果有):

   • 稍后由一條由虛擬機自動建立的、低調度優先級的 Finalizer 線程去執行它們的 finalize() 方法。
   • 注意：
     • finalize() 方法是對象逃脫死亡的最后一次機會。
     • 在 finalize() 方法中，只要將對象重新與引用鏈上的任何一個對象建立關聯（例如，將 this 賦值給某個類變量或對象的成員變量），就可以避免被回收。
     • finalize() 方法只會被系統自動調用一次。如果對象在 finalize() 方法中逃脫了死亡，下次再被標記時，finalize() 方法不會再被執行。
     • 不建議使用 finalize() 方法進行資源釋放，因為它的執行時間不確定，可能會導致資源長時間得不到釋放。
     • finalize 方法可能會導致性能問題，應盡量避免使用。

3. 第二次標記：

   • 如果在 finalize() 方法中對象成功逃脫了死亡，則不會被回收。
   • 如果在 finalize() 方法中對象沒有逃脫死亡，或者對象沒有覆蓋 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已經被虛擬機調用過，則會被第二次標記。
   • 被第二次標記的對象會被放置在一個名為 F-Queue 的隊列中, 等待被回收.

總結：

JVM 使用可達性分析算法來判斷對象是否是垃圾。從 GC Roots 開始，沿著對象引用鏈進行遍歷，如果一個對象到 GC Roots 之間沒有任何引用鏈相連，則說明該對象不可達，可以被回收。即使對象不可達，也不會立即被回收，需要經歷至少兩次標記過程，并且有機會在 finalize() 方法中逃脫死亡。