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java中的垃圾收集机制

news 2025/9/15 0:04:41

1 垃圾回收

1.1 java的gc堆中的对象而言，什么时候对象会从待回收状态变为激活状态（垃圾变成非垃圾对象）

当然可以。首先，为了使用 try-with-resources，您需要一个实现了 AutoCloseable 或 Closeable 接口的类。这两个接口都有一个需要实现的方法：close()。

以下是一个简单的示例：

定义一个实现 AutoCloseable 的类:

public class MyResource implements AutoCloseable {public MyResource() {System.out.println("Resource opened.");}public void use() {System.out.println("Resource is being used.");}@Overridepublic void close() {System.out.println("Resource closed.");}
}

使用 try-with-resources 结构:

public class TryWithResourcesDemo {public static void main(String[] args) {try (MyResource resource = new MyResource()) {resource.use();} catch (Exception e) {System.out.println("An exception occurred: " + e.getMessage());}}
}

当您运行上述代码，您会看到以下输出：

Resource opened.
Resource is being used.
Resource closed.

在 try-with-resources 结构中，资源 resource 的 close() 方法自动在try块结束时被调用，确保资源得到适当的关闭，即使在使用资源时抛出异常。

这种结构的主要优势在于它确保了资源的正确和及时关闭，从而减少了资源泄漏和相关错误。

1.2 给我展示使用如try-with-resources和AutoCloseable接口复活对象的demo

在try-with-resources的上下文中，复活对象是不常见的，也并不推荐的。这是因为这种机制的主要目的是确保资源被正确关闭，而不是管理对象的生命周期。

但为了说明，在close()方法内部，您可以尝试复活对象，虽然这样做并不是一个好的实践。

假设我们有一个类似于前面的MyResource，但这次它有一个静态引用来复活对象：

public class ResurrectingResource implements AutoCloseable {public static ResurrectingResource instance;public ResurrectingResource() {System.out.println("Resource opened.");}public void use() {System.out.println("Resource is being used.");}@Overridepublic void close() {System.out.println("Resource closed.");instance = this;  // 尝试复活对象}
}

您可以使用此资源与try-with-resources：

public class ResurrectionDemo {public static void main(String[] args) {try (ResurrectingResource resource = new ResurrectingResource()) {resource.use();}// 检查对象是否已复活if (ResurrectingResource.instance != null) {System.out.println("Resource was resurrected!");ResurrectingResource.instance.use();} else {System.out.println("Resource was not resurrected.");}}
}

当您运行此代码时，您将看到：

Resource opened.
Resource is being used.
Resource closed.
Resource was resurrected!
Resource is being used.

虽然这里确实展示了如何在close()方法中复活对象，但要强调，这并不是try-with-resources或AutoCloseable的推荐或普遍用法。在实际的应用程序设计中，复活对象的情况应该避免，因为这可能会引入意外的行为和难以调试的问题。

1.3 所以java堆中垃圾变成非垃圾的情况一般很少出现是吗？

是的，Java堆中一个被视为垃圾的对象变成非垃圾对象的情况（也称为对象复活）是很少见的，并且通常是因为finalize方法中的某些行为。正如前面所提到的，对象复活的情况并不推荐，因为这可能引入复杂性和难以预测的行为。大多数现代的Java程序或库很少依赖finalize方法，并可能完全避免使用它。

1.4 如果个方法刚开始创建了一个对象，到方法结束都没有被使用，方法执行时该对象会被回收吗

如果一个方法在开始时创建了一个对象，但直到方法结束之前都没有使用它，那么在方法执行的过程中，对象不会被垃圾回收。Java的垃圾回收器使用的是可达性分析算法来确定哪些对象可以被回收。简单地说，从GC Roots（如栈上的局部变量、静态变量、JNI引用等）开始，如果一个对象在分析时是可达的，那么它就不被视为垃圾。

在您描述的情况中，尽管对象在方法的大部分时间里没有被使用，但它在栈上的局部变量中仍然是可达的，所以它不会被视为垃圾并且不会在该方法执行时被回收。只有当方法结束后，局部变量超出了范围，该对象才可能被视为垃圾（前提是没有其他引用指向它）。

1.5 一个方法内创建的对象，执行完后也不会立即回收，而是等该方法执行完后才会被标记为垃圾对吗

一个方法内创建的对象在方法执行完毕后可能被标记为垃圾，但它并不会立刻被回收。对象的回收时机由垃圾回收器的策略和触发条件决定。例如，对象可能仍然存在于堆中，直到下一次GC周期开始。具体回收的时机取决于垃圾回收器的种类和配置（例如，使用的是Serial、Parallel、CMS、G1等）以及垃圾回收的触发条件（如内存使用阈值）。

1.6 只有当方法结束后，局部变量超出了范围，该对象才可能被视为垃圾，局部变量超出了范围是说栈帧上的引用已经不存在了，换成了另一个栈帧，所以新的gc roots向下遍历就搜索不到，最终会被回收是吗？

是的，当方法结束后，该方法的栈帧会被弹出，所以它上面的局部变量也都会超出范围。这意味着这些局部变量（如果是对象引用的话）不再被视为GC Roots。因此，如果这些局部变量是唯一引用某些对象的话，那么这些对象将变得不可达。在下次垃圾回收周期中，垃圾回收器将检查对象的可达性，不可达的对象将被标记为垃圾，待以后的回收阶段进行清理。

正如您所说，新的GC Roots开始遍历时，如果无法到达某个对象（即它不可达），那么该对象就会被标记，并在稍后的阶段中被回收。

1.7 死对象不是一种不可达对象吗，为什么又能够引用到他呢？

答：在cms的重新标记阶段，会重新扫描gc roots，这些gc roots存在于各个线程栈帧中的，如果一个线程在并发标记阶段复活了之前的待回收对象，那么在重新标记阶段这个阶段会扫描到这个新开线程的gc roots，通过gc roots向下遍历，则会发现之前死亡的对象又变活了。

您讲的是关于Java中的CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾收集器的细节。在您提供的描述中，您讨论了在CMS重新标记阶段中可能发生的对象复活现象。

您的描述基本上是正确的，但我将对您的描述进行一些简单的澄清，以使其更加清晰。

死对象与不可达对象：首先，死对象确实是指那些不再被引用的对象，也称为不可达对象。不可达意味着没有任何引用路径从GC Roots（如线程栈、静态变量等）指向这些对象。
对象复活：在Java中，特定的情况下，对象可以“复活”。具体来说，当对象的finalize()方法被调用时，该对象有机会重新被引用，从而使其复活。因此，在CMS并发标记阶段之后，如果某些对象的finalize()方法被执行并重新被引用，这些对象可能会在重新标记阶段中被视为活动对象。
CMS的重新标记阶段：您提到的重新标记阶段确实是CMS中的一个阶段，它是为了确保并发标记阶段中可能被错过或状态已更改的对象被正确处理。在此阶段，GC会再次从GC Roots开始标记可达对象。因此，如果在此期间有对象从“死”状态复活，则它们会被正确地标记为活动对象。

综上所述，您的描述是正确的，对象在CMS的并发标记阶段之后确实有可能复活，而在重新标记阶段中，这些复活的对象会被正确地标记为活动对象。

1.9 死对象如何被引用：

正常情况下，一个死对象（即不可达对象）是不会再被程序引用到的。但在对象的 finalize 方法中，它可能将自己赋给某个还存活的静态变量或其他可达的变量，这样该对象就会再次变得可达，从而实现了“复活”。

这种“对象复活”的情况很少见，但确实是可能的。这也是为什么在 Java 中，一个对象的 finalize 方法只会被调用一次，即使它再次变得不可达。这是为了防止对象在每次被认为是垃圾时都通过 finalize 方法复活，导致永远不被回收。

因为 finalize 方法的这种潜在问题和其他一些性能考虑，它的使用通常不被推荐，并且在 Java 9 之后被标记为废弃。

1.10 CMS会回收那些本来是活着的，后来又死亡的对象吗

答案是会。但这需要一些解释。

在CMS的并发标记阶段中，对象可能仍然是活的（可达的）。但在后续的阶段中，例如在并发标记和重新标记之间，一些对象可能会变成死亡状态（不可达）。**CMS的重新标记阶段（Final Remark）会处理并发标记期间可能发生的变化，捕捉这些新的死亡对象。**因此，当CMS进入并发清扫阶段时，这些在并发标记后死亡的对象会被回收。

因此，CMS确实可以处理和回收那些在并发标记后变得不可达的对象。

1.11 cms的卡表标记在被引用对象的区域还是？比如年轻代指向老年代，是标记年轻代的卡表还是老年代

在HotSpot JVM中，当发生跨代引用时（例如年轻代对象指向老年代对象），这是通过在卡表中标记写入对象的区域（即修改引用的区域）来跟踪的。具体来说，如果一个年轻代对象引用了一个老年代对象，那么这个年轻代对象所在的卡表区域会被标记为“脏”（dirty）。因此，答案是：在年轻代的卡表上进行标记。

1.12 CMS为什么需要预留空间：

CMS（Concurrent Mark-Sweep）是一个主要针对老年代的收集器。由于其设计是为了最小化应用的停顿时间，CMS在大部分阶段都允许应用线程并发运行。但这种设计也带来了一个问题：在CMS清扫阶段与下一次GC之间，应用可能继续分配新对象。如果老年代的空间被完全用完，会导致一次Full GC，这样CMS的目标——减少停顿——就会失效。

为了避免这种情况，CMS设计了一个“预留空间”机制。当老年代的使用量超过某个阈值时，CMS会提前触发GC，而不是等到老年代完全用完。这样，它确保了有足够的空间可以在并发阶段处理新的对象分配。

这个预留空间的设置是通过JVM参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来控制的。默认值是68，表示当老年代使用率超过68%时，就启动CMS收集。

1.13 CMS的并发预处理要做的具体事情

1.14 CMS的重新标记要做的具体事情

2 资源释放

2.1 资源释放和垃圾回收之间的关系

资源释放:
- 指的是对象使用完毕后，及时地释放其所持有的外部资源，如文件句柄、网络连接、数据库连接等。
- 在Java中，可以通过实现 Closeable 或 AutoCloseable 接口并覆写 close 方法来进行资源释放。使用 try-with-resources 语句可以确保资源得到适当的释放。
- 资源释放是开发者的责任。如果不妥善处理，可能会导致资源泄漏，从而引发各种问题（如文件无法打开，因为文件句柄已耗尽）。
垃圾回收:
- 垃圾回收是自动的过程，其目的是找出那些不再被使用的对象并回收其内存。
- 在Java中，垃圾回收由垃圾回收器（Garbage Collector, GC）负责。GC会周期性地运行，标记并回收不可达的对象。
- 开发者通常无需直接管理内存或手动释放对象，但了解其工作原理有助于编写更高效的代码。

它们之间的关系:

资源释放关注的是外部资源，而垃圾回收关注的是内部的内存资源。
资源释放应当尽早进行，以确保系统资源得到适时的释放。但一个对象的内存是否被回收是由GC决定的，这可能在资源释放后的任何时间点发生。
不妥善的资源释放可能导致资源泄漏，尽管对象的内存最终可能被GC回收。但反过来，即使对象的外部资源已经被适当释放，如果对象仍然可达，它的内存还不会被GC回收。

总之，资源释放和垃圾回收都是为了确保资源的有效管理。资源释放确保外部资源得到释放，而垃圾回收确保不再使用的内存得到回收。

2.2 假设这个try语句在方法中，try执行完但是方法没有执行完，它会被回收掉吗？

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"))) {// ... read from the file
}

在上述 try-with-resources 语句中，BufferedReader 实例 br 在 try 代码块结束后会自动调用其 close 方法，释放其占用的资源。但这与 Java 垃圾回收的行为是两回事。

关于您的问题，具体答案如下：

资源释放：在 try 代码块结束后，因为 BufferedReader 实现了 Closeable 或 AutoCloseable 接口，其 close 方法会被自动调用，关闭文件资源。这与 br 对象是否被回收无关，只是相关的资源（如文件句柄）被适时释放了。
对象回收：尽管资源已经释放，但 br 对象本身在堆中的占用的内存并没有立即被回收。br 对象何时被垃圾回收取决于垃圾回收器的行为。在 try-with-resources 语句结束后，br 的引用超出了范围，使得 br 对象不再可达，因此它可以被标记为垃圾，等待后续的垃圾回收。

总结：在 try 语句结束后，BufferedReader 的 close 方法确保文件资源得到释放，而 br 对象何时被回收则取决于垃圾回收器。

2.3 try-with-resource和try-catch/throws exception抛异常是两个完全不同的概念，虽然它们的关键字有重合

2.3.1 try-with-resources会捕获异常吗?

答：不会，
如果在一个方法中使用到了try-with-resource语句，并且这个语句有可能抛出异常，比如FileNotFoundException，也就是说这个语句既是申请资源又会抛出异常；那么最终，还是得给他加上一个catch捕获，或者在方法签名上添加throws Exception
比如下面所示：这里的try被复用了，既是try-wth-resouce的try，也是try-catch的try

    public void method(String[] args) {try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"))) {// ... read from the file} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

2.3.2 try-with-resource必须和try-catch同时使用吗？

答:不一定，要看申请的资源语句本身的逻辑是否存在抛异常的可能，比如sc就不需要我们主动抛异常。

void sc(){try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {}}

2.3.3 如果在方法中throws 异常呢或者try-catch捕获异常呢，会正确关闭资源吗？

如果在打开资源的语句中没有使用try-with-resource语句或者没有显示的掉哟close方法关闭资源，则即使抛异常了也不会关闭资源，因为它们是两个独立的概念。

如果你在方法签名中使用了 throws 来声明可能抛出的异常，并且你在方法体中使用了 try-with-resources 来管理资源，那么即使方法抛出了异常，try-with-resources 仍然会确保资源被正确关闭。

例如：

public void readFile() throws IOException {try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"))) {// ... read from the file, which might throw IOException}// other code that might throw IOException
}

在上述例子中，如果 BufferedReader 的使用过程中出现了 IOException，或者在后续的代码中抛出了 IOException，BufferedReader 对象 br 仍然会被正确关闭。

这就是 try-with-resources 的优势：它确保声明在其代码块内的资源总是被关闭，不论是否发生异常。

2.3.4 throw和throws的区别

throw 和 throws 在Java中都与异常处理有关，但它们的用途和用法是不同的。以下是它们之间的主要区别：

用途:
- throw: 是一个语句，用于在代码中显式地抛出一个异常。你可以使用 throw 来抛出自定义的异常或已存在的异常。
- throws: 用于声明一个方法可能会抛出的异常。这不会真正抛出异常，而是告诉调用者这个方法可能会抛出这些异常，因此调用者应该处理它们或继续声明这些异常。
位置:
- throw: 用在方法体内。
- throws: 用在方法签名上，紧跟在方法的参数列表之后。
后跟内容:
- throw: 后面跟一个异常对象，例如 throw new Exception("Error message");
- throws: 后面跟一个或多个异常类名，用逗号分隔，例如 throws IOException, SQLException

示例:

使用 throw:

public void someMethod() {if (someCondition) {throw new RuntimeException("Some error occurred!");}
}

使用 throws:

public void readFile() throws IOException {// ... code that might throw an IOException
}

使用场景:
- 你可以使用 throw 来在特定条件下抛出异常，或在 catch 块中重新抛出捕获到的异常。
- 你可以使用 throws 在方法签名上声明异常，以告知调用者需要处理或传播这些异常。
处理方式:
- 一个方法内部使用 throw 抛出的异常需要在该方法内部使用 try-catch 处理，或者可以通过 throws 在方法签名上声明该异常，使得调用者来处理它。
- 使用 throws 声明的异常可以在方法内部被捕获并处理，也可以不被处理并传播给该方法的调用者。

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