谁生？谁死？从引用计数到可达性分析，洞悉GC的决策逻辑

引用计数与可达性分析：谁死了，谁还活着？
垃圾回收，顾名思义，便是将已经分配出去的，但却不再使用的内存回收回来，以便能够再次分配。在Java虚拟机的语境下，垃圾指的是死亡的对象所占据的堆空间。这里便涉及了一个关键的问题：如何辨别一个对象是存是亡？

引用计数
引用计数（Reference Counting）是一种古老的辨别方法，它的基本思想是给每个对象添加一个引用计数器，每当有一个引用指向该对象时，计数器就加1；每当有一个引用停止指向该对象时，计数器就减1。当计数器的值变为0时，就表示没有任何引用指向该对象，因此该对象就成为垃圾，
引用计数的主要问题是无法处理循环引用（Reference Cycle）的情况。例如，如果对象A和对象B互相引用，那么即使没有其他引用指向它们，它们的引用计数器也不会变为0，因此它们不会被回收，这就导致了内存泄漏。这是引用计数最大的缺点，也是它在许多现代编程语言中不被使用的主要原因。

另外，引用计数需要在每次引用赋值时更新引用计数器，这会带来一定的性能开销。而且，如果多个线程同时修改同一个对象的引用计数器，还需要进行同步，这会进一步增加性能开销。

可达性分析
Java虚拟机的主要采取的是可达性分析（Reachability Analysis）。这个算法是通过一系列的称为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。
GC Roots通常是由堆外指向堆内的引用，包括以下几种。
1）虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；
2）方法区中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（即一般说的Native方法）引用的对象。

可达性分析可以解决引用计数所不能解决的循环引用问题。例如，即便对象A和B相互引用，只要从GC Roots出发无法到达A或者B，那么可达性分析便不会将它们加入存活对象合集之中。
尽管可达性分析的算法本身很直观，但在实际应用中，还需要解决一些其他问题，如误标和漏标。
1）误标：将已经不再使用的对象错误地标记为"活的"。例如，一个全局静态对象引用了一个已经不再需要的局部对象，它会被错误地标记为"活的"。
2）漏标：将仍在使用的对象错误地标记为"死的"。例如，在并发环境中，一个线程正在使用一个对象，而另一个线程正在进行垃圾回收。如果垃圾回收线程看到的是一个过时的对象引用关系，它可能会错误地认为一个正在使用的对象是"死的"。
误报可能导致Java虚拟机错过部分垃圾回收的机会。而漏报更麻烦，因为垃圾回收器可能会错误地回收仍被引用的对象内存。如果试图从原引用访问已经被回收的对象，可能会导致Java虚拟机崩溃。

Stop-the-world 以及安全点
为了避免这些问题，Java虚拟机的传统垃圾回收算法采用了Stop-the-world方式。在此阶段，Java虚拟机会暂停所有的应用线程，确保在垃圾回收过程中不会有新的对象被创建，也不会有对象引用关系的变化。但这会导致应用程序的响应时间增加，因为在这个阶段，所有的应用线程都被暂停，应用程序无法响应用户的请求。
安全点（Safe Point）是Java虚拟机用来控制Stop-the-World的一种机制。安全点是指那些可以安全地暂停应用线程的点。在这些点上，Java虚拟机可以确保对象引用关系不会发生变化。常见的安全点有方法调用（包括JNI方法调用）、循环跳转、异常抛出等。其中方法调用是一个很好的安全点，因为方法调用通常涉及到大量的对象引用操作。
对于解释执行，当有安全点请求时，Java虚拟机可以在每条字节码指令后面都设置一个安全点，但这种方式的开销很大。在执行即时编译器生成的机器码时，Java虚拟机通常会在方法的入口和退出处，以及循环的回边处设置安全点。另外当线程阻塞时，由于处于Java虚拟机线程调度器的掌控之下，因此可以设置安全点。

未完待续

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