java可达性分析代码 可达性分析算法gc roots

怎么验证java的gc是否会回收了某个不用的对象了。我有段代码有性能问题，需要调优，想知道怎么看

1. 引用计数器算法

解释

系统给每个对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用这个对象java可达性分析代码的时候,计数器就加1,当引用失效java可达性分析代码的时候,计数器就减1,在任何一个时刻计数器为0的对象就是不可能被使用的对象,因为没有任何地方持有这个引用,这时这个对象就被视为内存垃圾,等待被虚拟机回收

优点

客观的说,引用计数器算法,java可达性分析代码他的实现很简单,判定的效率很高,在大部分情况下这都是相当不错的算法

其实,很多案例中都使用java可达性分析代码了这种算法,比如 IOS 的Object-C , 微软的COM技术(用于给window开发驱动,.net里面的技术几乎都是建立在COM上的),Python语言等.

缺陷

无法解决循环引用的问题.

这就好像是悬崖边的人采集草药的人, 想要活下去就必须要有一根绳子绑在悬崖上. 如果有两个人, 甲的手拉着悬崖, 乙的手拉着甲, 那么这两个人都能活, 但是, 如果甲的手拉着乙, 乙的手也拉着甲, 虽然这两个人都认为自己被别人拉着, 但是一样会掉下悬崖.

比如说 A对象的一个属性引用B,B对象的一个属性同时引用A A.b = B() B.a = A(); 这个A,B对象的计数器都是1,可是,如果没有其java可达性分析代码他任何地方引用A,B对象的时候,A,B对象其实在系统中是无法发挥任何作用的,既然无法发挥作用,那就应该被视作内存垃圾予以清理掉,可是因为此时A,B的计数器的值都是1,虚拟机就无法回收A,B对象,这样就会造成内存浪费,这在计算机系统中是不可容忍的.

解决办法

在语言层面处理, 例如Object-C 就使用强弱引用类型来解决问题.强引用计数器加1 ,弱引用不增加

Java中也有强弱引用

2. 可达性分析算法

解释

这种算法通过一系列成为 "GC Roots " 的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索所有走过的路径成为引用链(Reference Chain) , 当一个对象GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达),则证明此对象是不可用的

优点

这个算法可以轻松的解决循环引用的问题

大部分的主流java虚拟机使用的都是这种算法

3. Java语言中的GC Roots

在虚拟机栈(其实是栈帧中的本地变量表)中引用的对象

在方法区中的类静态属性引用对象

在方法区中的常量引用的对象

在本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)的引用对象

相关问答

Q1: 使用Java 测试网络连通性的几种方法

概述在网络编程中，有时我们需要判断两台机器之间的连通性，或者说是一台机器到另一台机器的网络可达性。在系统层面的测试中，我们常常用 Ping 命令来做验证。尽管 Java 提供了比较丰富的网络编程类库（包括在应用层的基于 URL 的网络资源读取，基于 TCP/IP 层的 Socket 编程，以及一些辅助的类库），但是没有直接提供类似 Ping 命令来测试网络连通性的方法。本文将介绍如何通过 Java 已有的 API，编程实现各种场景下两台机器之间的网络可达性判断。在下面的章节中，我们会使用 Java 网络编程的一些类库 java.net.InetAddress 和 java.net.Socket，通过例子解释如何模拟 Ping 命令。回页首简单判断两台机器的可达性一般情况下，我们仅仅需要判断从一台机器是否可以访问（Ping）到另一台机器，此时，可以简单的使用 Java 类库中 java.net.InetAddress 类来实现，这个类提供了两个方法探测远程机器是否可达 �0�2boolean isReachable(int�0�2timeout) //�0�2测试地址是否可达�0�2boolean isReachable(NetworkInterface�0�2netif, int�0�2ttl, int�0�2timeout) //�0�2测试地址是否可达. 简单说来，上述方法就是通过远端机器的 IP 地址构造 InetAddress 对象，然后调用其 isReachable 方法，测试调用机器和远端机器的网络可达性。注意到远端机器可能有多个 IP 地址，因而可能要迭代的测试所有的情况。清单1：简单判断两台机器的可达性 void isAddressAvailable(String ip){ try{ InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);//ping this IP if(address instanceof java.net.Inet4Address){ System.out.println(ip + " is ipv4 address"); }else if(address instanceof java.net.Inet6Address){ System.out.println(ip + " is ipv6 address"); }else{ System.out.println(ip + " is unrecongized"); } if(address.isReachable(5000)){ System.out.println("SUCCESS - ping " + IP + " with no interface specified"); }else{ System.out.println("FAILURE - ping " + IP + " with no interface specified"); } System.out.println("\n-------Trying different interfaces--------\n"); EnumerationNetworkInterface netInterfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces(); while(netInterfaces.hasMoreElements()) { NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement(); System.out.println( "Checking interface, DisplayName:" + ni.getDisplayName() + ", Name:" + ni.getName()); if(address.isReachable(ni, 0, 5000)){ System.out.println("SUCCESS - ping " + ip); }else{ System.out.println("FAILURE - ping " + ip); } EnumerationInetAddress ips = ni.getInetAddresses(); while(ips.hasMoreElements()) { System.out.println("IP: " + ips.nextElement().getHostAddress()); } System.out.println("-------------------------------------------"); } }catch(Exception e){ System.out.println("error occurs."); e.printStackTrace(); } } 程序输出 --------------START-------------- 10.13.20.70 is ipv4 address SUCCESS - ping 10.13.20.70 with no interface specified -------Trying different interfaces-------- Checking interface, DisplayName:MS TCP Loopback interface, Name:lo FAILURE - ping 10.13.20.70 IP: 127.0.0.1 ------------------------------------------- Checking interface, DisplayName:Intel(R) Centrino(R) Advanced-N 6200 AGN - Teefer2 Miniport, Name:eth0 FAILURE - ping 10.13.20.70 IP: 9.123.231.40 ------------------------------------------- Checking interface, DisplayName:Intel(R) 82577LM Gigabit Network Connection - Teefer2 Miniport, Name:eth1 SUCCESS - ping 10.13.20.70 ------------------------------------------- Checking interface, DisplayName:WAN (PPP/SLIP) Interface, Name:ppp0 SUCCESS - ping 10.13.20.70 IP: 10.0.50.189 ------------------------------------------- --------------END-------------- 从上可以看出 isReachable 的用法，可以不指定任何接口来判断远端网络的可达性，但这不能区分出数据包是从那个网络接口发出去的 ( 如果本地有多个网络接口的话 )；而高级版本的 isReachable 则可以指定从本地的哪个网络接口测试，这样可以准确的知道远端网络可以连通本地的哪个网络接口。但是，Java 本身没有提供任何方法来判断本地的哪个 IP 地址可以连通远端网络，Java 网络编程接口也没有提供方法来访问 ICMP 协议数据包，因而通过 ICMP 的网络不可达数据包实现这一点也是不可能的 ( 当然可以用 JNI 来实现，但就和系统平台相关了 ), 此时可以考虑本文下一节提出的方法。回页首指定本地和远程网络地址，判断两台机器之间的可达性在某些情况下，我们可能要确定本地的哪个网络地址可以连通远程网络，以便远程网络可以回连到本地使用某些服务或发出某些通知。一个典型的应用场景是，本地启动了文件传输服务 ( 如 FTP)，需要将本地的某个 IP 地址发送到远端机器，以便远端机器可以通过该地址下载文件；或者远端机器提供某些服务，在某些事件发生时通知注册了获取这些事件的机器 ( 常见于系统管理领域 )，因而在注册时需要提供本地的某个可达 ( 从远端 ) 地址。虽然我们可以用 InetAddress.isReachabl 方法判断出本地的哪个网络接口可连通远程玩过，但是由于单个网络接口是可以配置多个 IP 地址的，因而在此并不合适。我们可以使用 Socket 建立可能的 TCP 连接，进而判断某个本地 IP 地址是否可达远程网络。我们使用 java.net.Socket 类中的 connect 方法 void connect(SocketAddress�0�2endpoint, int�0�2timeout) �0�2//使用Socket连接服务器，指定超时的时间 这种方法需要远程的某个端口，该端口可以是任何基于 TCP 协议的开放服务的端口（如一般都会开放的 ECHO 服务端口 7, Linux 的 SSH 服务端口 22 等）。实际上，建立的 TCP 连接被协议栈放置在连接队列，进而分发到真正处理数据的各个应用服务，由于 UDP 没有连接的过程，因而基于 UDP 的服务（如 SNMP）无法在此方法中应用。具体过程是，枚举本地的每个网络地址，建立本地 Socket，在某个端口上尝试连接远程地址，如果可以连接上，则说明该本地地址可达远程网络。程序清单 2：指定本地地址和远程地址，判断两台机器之间的可达性 void printReachableIP(InetAddress remoteAddr, int port){ String retIP = null; EnumerationNetworkInterface netInterfaces; try{ netInterfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces(); while(netInterfaces.hasMoreElements()) { NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement(); EnumerationInetAddress localAddrs = ni.getInetAddresses(); while(localAddrs.hasMoreElements()){ InetAddress localAddr = localAddrs.nextElement(); if(isReachable(localAddr, remoteAddr, port, 5000)){ retIP = localAddr.getHostAddress(); break; } } } } catch(SocketException e) { System.out.println( "Error occurred while listing all the local network addresses."); } if(retIP == null){ System.out.println("NULL reachable local IP is found!"); }else{ System.out.println("Reachable local IP is found, it is " + retIP); } } boolean isReachable(InetAddress localInetAddr, InetAddress remoteInetAddr, int port, int timeout) { booleanisReachable = false; Socket socket = null; try{ socket = newSocket(); // 端口号设置为 0 表示在本地挑选一个可用端口进行连接 SocketAddress localSocketAddr = new InetSocketAddress(localInetAddr, 0); socket.bind(localSocketAddr); InetSocketAddress endpointSocketAddr = new InetSocketAddress(remoteInetAddr, port); socket.connect(endpointSocketAddr, timeout); System.out.println("SUCCESS - connection established! Local: " + localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " + remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port); isReachable = true; } catch(IOException e) { System.out.println("FAILRE - CAN not connect! Local: " + localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " + remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port); } finally{ if(socket != null) { try{ socket.close(); } catch(IOException e) { System.out.println("Error occurred while closing socket.."); } } } return isReachable; } 运行结果 --------------START-------------- FAILRE - CAN not connect! Local: 127.0.0.1 remote: 10.8.1.50 port22 FAILRE - CAN not connect! Local: 9.123.231.40 remote: 10.8.1.50 port22 SUCCESS - connection established! Local: 10.0.50.189 remote: 10.8.1.50 port22 Reachable local IP is found, it is 10.0.50.189 --------------END-------------- 回页首IPv4 和 IPv6 混合网络下编程当网络环境中存在 IPv4 和 IPv6，即机器既有 IPv4 地址，又有 IPv6 地址的时候，我们可以对程序进行一些优化，比如 由于IPv4 和 IPv6 地址之间是无法互相访问的，因此仅需要判断 IPv4 地址之间和 IPv6 地址之间的可达性。 对于IPv4 的换回地址可以不做判断，对于 IPv6 的 Linklocal 地址也可以跳过测试 根据实际的需要，我们可以优先考虑选择使用 IPv4 或者 IPv6，提高判断的效率程序清单 3: 判断本地地址和远程地址是否同为 IPv4 或者 IPv6 // 判断是 IPv4 还是 IPv6 if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) (remoteInetAddr instanceofInet4Address) || (localInetAddr instanceofInet6Address) (remoteInetAddr instanceofInet6Address))){ // 本地和远程不是同时是 IPv4 或者 IPv6，跳过这种情况，不作检测 break; } 程序清单 4：跳过本地地址和 LinkLocal 地址 if( localAddr.isLoopbackAddress() || localAddr.isAnyLocalAddress() || localAddr.isLinkLocalAddress() ){ // 地址为本地环回地址，跳过 break; } 回页首总结和展望本文列举集中典型的场景，介绍了通过 Java 网络编程接口判断机器之间可达性的几种方式。在实际应用中，可以根据不同的需要选择相应的方法稍加修改即可。对于更加特殊的需求，还可以考虑通过 JNI 的方法直接调用系统 API 来实现，能提供更加强大和灵活的功能，这里就不再赘述了。参考资料 学习 参考developerWorks 的文章 Java 应用程序的网络运行环境编程，获取更多网络编程相关的信息。 如果要通过 JNI 进行网络编程，可以参考 developerWorks 上的文章 用JNI 进行 Java 编程，了解更多 JNI 相关的信息和例子。 参考Javadoc 获取更多关于 Java 网络编程的 API 的信息。 developerWorks Java 技术专区：这里有数百篇关于 Java 编程各个方面的文章。 讨论加入developerWorks 中文社区。查看开发人员推动的博客、论坛、组和维基，并与其他 developerWorks 用户交流。 作者简介吴校军，IBM CSTL 软件工程师，长期从事 IBM 系统管理相关软件的开发，目前负责 Director6.1 Update Manager 的开发。刘冠群现为 IBM 上海系统科技开发中心(CSTL)的软件工程师，有多年的 Java 和 C++ 编程经验，对于操作系统，网络和编程语言的内部实现有强烈兴趣。关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用谢谢! 此内容已经标识给管理员注意。关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用报告滥用提交失败。 请稍后重试。关闭[x]developerWorks：登录IBM ID：需要一个 IBM ID？忘记IBM ID？密码：忘记密码？更改您的密码 保持登录。单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款 当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息。您在developerWorks 概要信息中选择公开的信息将公开显示给其他人，但您可以随时修改这些信息的显示状态。您的姓名（除非选择隐藏）和昵称将和您在 developerWorks 发布的内容一同显示。所有提交的信息确保安全。关闭[x]请选择您的昵称：当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息，您需要指定一个昵称。您的昵称将和您在 developerWorks 发布的内容显示在一起。昵称长度在 3 至 31 个字符之间。 您的昵称在 developerWorks 社区中必须是唯一的，并且出于隐私保护的原因，不能是您的电子邮件地址。昵称：（长度在 3 至 31 个字符之间）单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款. 所有提交的信息确保安全。为本文评分评论回页首

Q2: JVM并发的可达性分析

j当面试扯到jvm这一部分的时候，面试官大概率会问java可达性分析代码你 jvm怎么判断哪些对象应该回收呢 ?

你会脱口而出 引用计数算法 和 可达性分析算法 。

引用计数法： 在对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器就加一；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。

但是这样的算法有一个问题java可达性分析代码？

就是不能解决循环依赖的问题。

可达性分析算法的思路 就是通过一系列的“GC Roots”，也就是根对象作为起始节点，从根节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为引用链，如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连。就是说从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的，是可以被回收的对象。

接下来面试官可能会问：

你刚刚谈到java可达性分析代码了根节点，那你知道哪些对象可以作为根对象吗？

你刚刚谈到了引用，那你知道java里面有哪几种引用吗？

你刚刚谈到了可达性分析算法，那如果在该算法中被判定不可达对象，是不是一定会被回收呢？

（这这些问题，文末会给出解答）

这些问题太常规了，本文要讲一些不那么常见的： 并发标记 ， 浮动垃圾 。

CMS和G1都有一个并发标记的过程，并发标记要解决什么问题？带来了什么问题？怎么解决这些问题呢？

刚刚我们谈到的可达性分析算法是需要一个理论上的前提的: 该算法的全过程都需要基于一个能保障一致性的快照才能够分析，这意味着必须全程冻结用户线程的运行。 而为了不冻结用户线程的运行，那我们就需要让垃圾回收线程和用户线程同时运行。

那我们先假设不并发标记，即只有垃圾回收线程在运行的流程是怎样的：

第一步：找到根节点，也就是我们常说的 根节点枚举 。

在这个过程中，由于GC Roots是远远小与整个java堆中的全部对象，而且在OopMap此类优化技巧的加持下，它带来的停顿是非常短暂且固定的， 可以理解为不会随着堆里的对象的增加而增加 ，如图：

首先我们要搞清楚一个问题： 为什么遍历对象图的时候必须在一个能保证一致性的快照中？

为了说明这个问题，我们引入 “三色标记” 方法。

什么是“三色标记”？

在遍历对象图的过程中，把访问的对象按照"是否访问过"这个条件标记成以下三种颜色：

白色：表示对象未被垃圾回收器访问过 。

显然可达性分析刚开始的时候，所有的对象都是白色，若在结束的时候，仍是白色的对象，即代表不可达。

黑色：表示已经被垃圾回收器访问过，且这个对象的所有引用都已经扫描过

黑色的对象代表已经扫描过，它是安全存活的，如果有其它的对象引用指向了黑色对象，无须重新扫描一遍。黑色对象不可能直接（不经过灰色对象）指向某个白色对象。

灰色：表示已经被垃圾回收器扫描过，但这个对象至少存在一个引用还没有被扫描 。

如下图所示：

我们先看一下正常标记的过程：

首先是初始状态，很简单，只有GC Roots是黑色的。同时需要注意下面的图片的箭头方向，代表的是有向的，比如其中的一条引用链是：

跟节点-5-6-7-8-11-10

如果在标记的过程中，用户线程修改了引用关系，就会出现下面的情况：

有一个大佬叫Wilson，他在1994年在理论上证明了， 只有同时满足以下两个条件时 ，会产生“对象消失”的问题，原来应该是黑色的对象被标记成了白色。

增量更新要破坏的是第一个条件（赋值器插入了一条或者多条从黑色对象到白色对象的新引用），当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时，就将这个新插入的引用 记录下来 ，等并发扫描结束之后，再以这些记录过的引用关系中的黑色对象为根， 重新扫描一次 。

可以简化的理解为： 黑色对象一旦插入了指向白色对象的引用之后，它就变回了灰色对象 。

下面的图就是一次并发扫描结束之后，记录了黑色对象5新指向了白色对象9：

原始快照要破坏的是第二个条件（赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用），当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时，就将这个要删除的引用记录下来，在并发扫描结束之后，再以这些记录过的引用关系中的灰色对象为根，重新扫描一次。

可以简化理解为：无论引用关系删除与否，都会按照刚刚开始扫描那一刻的对象图快照开进行搜索。

接下来回答一下，上面遗留的几个问题：

GC管理的主要区域是Java堆，一般情况下只针对堆进行垃圾回收。方法区、栈和本地方法区不被GC所管理，因而选择这些区域内的对象作为GC Roots，被GC Roots引用的对象不被GC回收。

Class - 由系统类加载器(system class loader)加载的对象，这些类是不能够被回收的，他们可以以静态字段的方式保存持有其它对象。

Thread - 活着的线程

Stack Local - Java方法的local变量或者参数

JNI Local、JNI Global

Monitor Used - 用于同步的监控对象

在Java语言里，可以作为GC Roots对象的包括如下几种：

你知道java里面有哪几种引用吗？

在可达性分析算法判定为不可达的对象，是不是一定会被回收呢？

即使在可达性算法中不可达的对象也不一定是非死不可的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告它的死亡还需要经历两次的标记阶段。

第一次标记

在对象可达性算法不可达时，进行第一次标记，并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize方法或者该方法被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况视为“没有必要去执行”，回收。

如果该对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象会被放置到一个叫做F-Queue的队列中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalize线程去执行它。这里所谓的执行就是去触发该方法，但是并不会承诺等待它执行结束，这样做的原因是，如果对象在finalize()方法中执行缓慢，或者发生死循环，将会导致整个队列中的对象处于等待之中。

第二次标记

finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中拯救自己——只要重新与引用链上的一个对象重新建立关联即可，比如将自己（this关键字）赋值给某个类变量或者成员变量，那么在第二次标记的时候就会被移除“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那么就会被真的回收了。

注意：第二次自救失败是因为任何一个对象的finalize()方法只能执行一次，如果第二次回收，就不会执行finalize方法了java可达性分析代码！

(未完待续)

Q3: 可达性分析算法(根搜索算法GCRoots)

根搜索算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点java可达性分析代码，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

这个算法的基本思想是通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链（即GC Roots到对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

那么问题又来java可达性分析代码了，如何选取GCRoots对象呢java可达性分析代码？在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：

(1). 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。

(2). 方法区中的类静态属性引用的对象。

(3). 方法区中常量引用的对象。

(4). 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

下面给出一个GCRoots的例子，如下图，为GCRoots的引用链。

根搜索算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

从上图，reference1、reference2、reference3都是GC Roots，可以看出： reference1- 对象实例1； reference2- 对象实例2； reference3- 对象实例4； reference3- 对象实例4 - 对象实例6； 可以得出对象实例1、2、4、6都具有GC Roots可达性，也就是存活对象，不能被GC回收的对象。 而对于对象实例3、5直接虽然连通，但并没有任何一个GC Roots与之相连，这便是GC Roots不可达的对象，这就是GC需要回收的垃圾对象。

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