关于 JVM 中 GC Roots 的解释

树懒兄
25 阅读4分钟

《深入理解JVM》中对GC Roots的解释比较宽泛，导致不理解，这里简单解释一下

原文解释

在Java技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种：

  1. 在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
  2. 在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。
  3. 在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。
  4. 在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
  5. Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。
  6. 所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
  7. 反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等

更容易理解的解释

1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用对象

  • 直白解释： 只要方法还没运行完，方法里定义的变量就不能删。

  • 场景： 比如你在 main 方法里写了 val user = User()，这里的user就是 GC Root

fun main() {
    val user = User()
    print(user.name)
}

  • 为什么是 Root： 此时 user 变量存在于当前线程的栈帧里。如果 GC 把这个 User 对象回收了，那你接下来的代码 user.name() 就会崩溃。

  • 总结： 正在运行的方法里用到的参数、局部变量都是 Root。

方法区中类静态属性引用的对象

  • 直白解释： 被 static 修饰的属性（注意是属性，而不是属性引用的那个对象），它们属于这个类，不属于某个对象。

  • 场景：

public class Test {
    public static Object cache = new Object();
}

这里抠一下字眼：按照书上的解释，cache就是被static修饰的属性，而cache指向的new Object就是GC Root，其实这是错误的❌。

真正的 GC Root，是这个 cache.

GC 的搜索逻辑是：

  1. 走到方法区，找到类。
  2. 看到类里有个静态变量 cache。
  3. 把 cache 标记为 Root。
  4. 顺着 cache 存的地址，去堆里找，找到了那个 Object。
  5. 宣布这个 Object 是活的，不能被回收

  • 为什么是 Root： 静态变量的生命周期非常长，通常和类一致（直到类加载器卸载），它们往往被设计为全局共享，所以它们引用的对象必须是活的。

  • 总结： 全局变量（静态变量）是 Root。

方法区中常量引用的对象

  • 直白解释： 主要是字符串常量池里的引用。

  • 场景： String s = "Hello World";

  • 为什么是 Root： 常量意味着 “不可变” 且 “长期存在”，为了性能，Java 会把字符串存在常量池里供全局复用，既然要复用，就不能随随便便被回收。

  • 总结： 常量池里的硬引用是Root。

本地方法栈中 JNI 引用的对象

  • 直白解释： 当 Java 调用 C/C++ 代码（Native 方法）时，C/C++ 代码里可能也引用了 Java 对象。

  • 为什么是 Root： 虚拟机内部的 GC 管不了 C/C++ 的内存空间。如果 Java 这边把对象回收了，但 C/C++ 那边还在通过指针操作这个对象，就会导致系统崩溃。

  • 总结： 跨语言调用时，对方正在用的 Java 对象是 Root。

5. Java 虚拟机内部的引用

  • 直白解释： JVM 运行赖以生存的“基石”。

  • 场景： Object.class, Integer.class，或者是像 NullPointerException 这种经常被抛出的预分配异常对象。

  • 为什么是 Root： 如果连 Object 的类定义都被回收了，整个 Java 环境就瘫痪了。

  • 总结： 系统级必备对象是 Root。

6. 所有被同步锁（synchronized）持有的对象

  • 直白解释： 正在被用来当“锁”的对象。

注意这里的「被用来当锁」，锁持有这个对象，其实是在用这个对象的锁🔒

  • 场景： synchronized(myLock) { ... } 只要有一个线程还没退出这个同步块，myLock 对象就不能动。

  • 为什么是 Root： 锁是多线程协作的关键。如果锁对象被回收了，线程之间的同步状态（谁持有锁、谁在等待）就会丢失，后果不堪设想。

  • 总结： 正在发挥“锁”作用的对象是 Root。

7. JVM 内部情况的 JMXBean、JVMTI 注册的回调等

这一条不用记，可以忽略

  • 直白解释： 监控和调试工具留下的“钩子”。

  • 场景： 当你打开 VisualVM 观察内存，或者用 Java Agent 做性能监控时，JVM 需要维护一些回调函数和状态对象。

  • 为什么是 Root： 这些对象是为了让外部工具能“看透”虚拟机。如果它们被回收了，监控和调试功能就失效了。

  • 总结： 监控和调试系统关联的对象是 Root。

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