Spring bean 不被 GC 的真正原因

概述

自从开始接触 Spring 之后，一直以来都在思考一个问题，在 Spring 应用的运行过程中，为什么这些 bean 不会被回收？
今天深入探究了这个问题之后，才有了答案。

思考点

大家都知道，一个 bean 会不会被回收，取决于对象存活判定算法。在 JVM 底层中使用的是可达性分析算法，抛开 HotSpot 的实现细节不谈，那么一个对象被判定为死亡，应该与 GC Root 不存在可达的引用路径。

所以，Spring 的 bean 肯定是与 GC Root 存在可达的引用路径，才不会被回收掉

在 Java 语言对于 GC Root 的定义中，以下几种对象可以作为 GC Root：

虚拟机栈的栈帧中的本地变量表中，引用类型对象所指向的堆中的对象
处于运行中状态（RUNNABLE，BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING）的线程对象
JDK 自带的类加载器对象
本地方法所引用的对象
JVM 持有的对象，例如基本类型的 Class 对象，NullPointerException 等常用异常对象
被 synchronized 关键字修饰的对象

一般来说，只要是符合上面这几种规则的对象，或者能由上面的规则推导出存在引用的对象，都可以作为 GC Root。
那么 Spring 的 bean 的 GC Root 是哪一种呢？或者说，找到了 Spring 的 bean 的 GC Root，就找到了问题的答案。

动手寻找答案

首先新建一个 SpringBoot 应用，里面定义了两个 bean 以及一个启动类，包结构如下：
在这里插入图片描述

然后点击运行启动类，启动完成之后，打开 jvisualVM ，找到对应的应用，然后点击生成当前堆 dump：
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然后打开后选择类，输入 Hello 过滤类名，找到 HelloWorldService，点击在实例视图中显示，发现只有一个实例存在，这符合我们的预期。
最后右键点击这个实例，选择显示最近的垃圾回收根节点，可以观察到如下的引用路径：
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可以看到，DefaultListableBeanFactory 和 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 都是我们比较熟悉的 bean 容器，对应的往下找发现有 ConcurrentHashMap$Node 引用。我们都知道在 Spring 中，正是这两个容器（准确地说是 DefaultListableBeanFactory）中使用 ConcurrentHashMap 存放了实例化好的 bean。这都是非常符合我们预期的。
但是在 AbstractApplicationContext 再往上找后，发现有个叫 ApplicationShutdownHooks 的东西。意思就是说，我们的容器，最终与这个 ApplicationShutdownHooks 的东西扯上了引用关系。接着我们翻阅 Spring 源码进行求证：
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发现在 AbstractApplicationContext 的 registerShutdownHook 方法中调用了这一行代码，而 registerShutdownHook 方法正是在 Spring 容器初始化时要调用的方法：
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这说明在 Spring 容器初始化时，调用的这个方法，然后在继续往里跟踪这个方法：
在这里插入图片描述

最后我们可以发现，AbstractApplicationContext 中的 Thread shutdownHook 变量，最终被放在了 ApplicationShutdownHooks 的这个 map 里面，而这个 map 恰好就是一个静态变量。

结论

所以，Spring 的 bean 没有被回收，正是因为在 AbstractApplicatuonContext 的 registerShutdownHook 方法中，与 ApplicationShutdownHooks 中的一个静态变量建立了可达的引用路径。

题外话

那么为什么类的静态变量可以作为 GC Root 呢？抱着严谨的心态，我们继续往下求证：

类的静态变量属于类对象，类对象由类加载器进行加载，而类加载器是 GC Root，那么类加载器是不是与被加载的类对象存在引用关系呢？

翻阅 ClassLoader 类，赫然看到这一段代码:

public abstract class ClassLoader {// The classes loaded by this class loader. The only purpose of this table// is to keep the classes from being GC'ed until the loader is GC'ed.private final Vector<Class<?>> classes = new Vector<>();
}