gc root的基本解釋

首先我們要理解一下GC root究竟是什么東西。

圖:gc root

堆是被我們垃圾回收所管理的內(nèi)存空間。如圖，存在兩種引用，一種是堆外對(duì)象對(duì)堆內(nèi)對(duì)象的引用，被標(biāo)注為紅色；另外一種是堆內(nèi)對(duì)象之間的引用，被標(biāo)注為灰色。通常我們說的gc root就可以被認(rèn)為是紅色的那種引用，比如說棧引用堆中對(duì)象。為什么我們不認(rèn)為堆內(nèi)對(duì)象之間的引用是gc root呢？因?yàn)槲覀兊膶?duì)象，最終是要被外部使用的，比如說被棧引用所訪問。因此，如果一大堆的堆內(nèi)對(duì)象之間互相引用，但是沒有任何堆外部引用，那么這部分對(duì)象實(shí)際上也是不可達(dá)的。HotSpot就是如此的，所有的堆中的對(duì)象，最終都是被棧所使用的。因而，U和V就可以看做是不可達(dá)的對(duì)象了。

分代和跨代引用

解釋了gc root的基本概念后，我們要來看看分代理論了。基本上，現(xiàn)代垃圾回收器都是分代垃圾回收器，它建立在兩個(gè)分代理論之上：

• 弱分代假說（weak generational hypothesis）：大多數(shù)對(duì)象在年輕的時(shí)候死亡；

• 強(qiáng)分代假說（strong generational hypothesis）：越老的對(duì)象越難死亡；

這個(gè)分代假說引申出一種垃圾回收理念：將對(duì)象依據(jù)“年齡”分配到不同的區(qū)域，每次回收只回收其中的一個(gè)區(qū)域。這也就是分代回收的基礎(chǔ)理念。因?yàn)楹茱@然的，如果大部分對(duì)象都是朝生夕死的，那么將它們放在一起，每次回收都能夠回收到很多的空間；剩下的不容易死亡的對(duì)象，放在一起，那么可以以一種極為低的頻率來回收它們。這就兼顧了垃圾回收的時(shí)間開銷和內(nèi)存的空間利用率。

一般的垃圾回收算法至少會(huì)劃分出兩個(gè)年代，年輕代和老年代。但是單純的分代理論在垃圾回收的時(shí)候存在一個(gè)巨大的缺陷：為了找到年輕代中的存活對(duì)象，卻不得不遍歷整個(gè)老年代，反過來也是一樣的。

圖：跨代引用引起老年代的遍歷

如果我們從年輕代開始遍歷，那么可以斷定N, S, P, Q都是存活對(duì)象。但是，V卻不會(huì)被認(rèn)為是存活對(duì)象，其占據(jù)的內(nèi)存會(huì)被回收了。這就是一個(gè)驚天的大漏洞！因?yàn)閁本身是老年代對(duì)象，而且有外部引用指向它，也就是說U是存活對(duì)象，而U指向了V，也就是說V也應(yīng)該是存活對(duì)象才是！而這都是因?yàn)槲覀冎槐闅v年輕代對(duì)象！

所以，為了解決這種跨代引用的問題，最笨的辦法就是遍歷老年代的對(duì)象，找出這些跨代引用來。這種方案存在極大的性能浪費(fèi)。因?yàn)閺膬蓚€(gè)分代假說里面，其實(shí)隱含了一個(gè)推論：跨代引用是極少的。也就是為了找出那么一點(diǎn)點(diǎn)跨代引用，我們卻得遍歷整個(gè)老年代！從上圖來說，很顯然的是，我們根本不必遍歷R。

因此，為了避免這種遍歷老年代的性能開銷，通常的分代垃圾回收器會(huì)引入一種稱為記憶集的技術(shù)。簡(jiǎn)單來說，記憶集就是用來記錄跨代引用的表。

圖：記憶集記錄跨代引用

如圖，在擁有記憶集的情況下，我們就可以不用遍歷老年代了，這是一個(gè)巨大的性能提升！

最終解釋

現(xiàn)在，我們?cè)O(shè)想一下，要回收年輕代，首先我們要從引用年輕代對(duì)象的外部引用開始；其次，我們要從跨代引用開始。于是我們可以很自然的得出結(jié)果：跨代引用也是gc root。

整個(gè)模型可以抽象成：

圖：gc root的最終解釋

附錄

在引入記憶集之后，其實(shí)會(huì)有一個(gè)很有意思的問題：即老年代對(duì)象即便已經(jīng)事實(shí)上不可達(dá)了，但是因?yàn)橛洃浖拇嬖冢瑫?huì)導(dǎo)致從該對(duì)象出發(fā)的跨代引用依舊會(huì)被當(dāng)成gc root，直至該對(duì)象被回收引起記憶集中相關(guān)條目的擦除。

圖：記憶集引出的問題

如圖，U已經(jīng)不存在外部引用了，所以它事實(shí)上已經(jīng)不可達(dá)了。但是在這個(gè)時(shí)刻，因?yàn)槔夏甏鷽]有發(fā)生GC，所以它依舊存活著。

• 如果我們采用遍歷老年代的方法找出跨代引用，那么我們只能找到S->P這一條。于是U和V都會(huì)被當(dāng)成是不可達(dá)對(duì)象，其內(nèi)存空間就可以被回收掉了。

• 如果我們使用記憶集，那么因?yàn)閁沒有被GC掉，所以記憶集里面的條目U->V依舊存在，所以在年輕代回收的時(shí)候，V會(huì)被當(dāng)成存活對(duì)象。

這個(gè)問題就是因?yàn)槭褂糜洃浖瘞淼摹皽笮浴保岣吡藭r(shí)間效率，但是卻降低了空間利用率。不過無論如何，它依然確保了垃圾回收所遵循的原則：垃圾回收確保回收的對(duì)象必然是不可達(dá)對(duì)象，但是不確保所有的不可達(dá)對(duì)象都會(huì)被回收。