作者 |?zhantong

來源 |?https://www.polarxiong.com

前言

許多Java開發(fā)者都曾聽說過“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“這句話，而且好多開發(fā)者一直信奉著這句話；問其原因，大都是回答“有利于GC更早回收內(nèi)存，減少內(nèi)存占用”，但再往深入問就回答不出來了。

鑒于網(wǎng)上有太多關(guān)于此問題的誤導(dǎo)，本文將通過實(shí)例，深入JVM剖析“對(duì)象不再使用時(shí)賦值為null”這一操作存在的意義，供君參考。本文盡量不使用專業(yè)術(shù)語，但仍需要你對(duì)JVM有一些概念。

示例代碼

我們來看看一段非常簡單的代碼：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????if?(true)?{
????????byte[]?placeHolder?=?new?byte[64?*?1024?*?1024];
????????System.out.println(placeHolder.length?/?1024);
????}
????System.gc();
}

我們?cè)趇f中實(shí)例化了一個(gè)數(shù)組placeHolder，然后在if的作用域外通過System.gc();手動(dòng)觸發(fā)了GC，其用意是回收placeHolder，因?yàn)閜laceHolder已經(jīng)無法訪問到了。來看看輸出：

65536
[GC?68239K->65952K(125952K),?0.0014820?secs]
[Full?GC?65952K->65881K(125952K),?0.0093860?secs]

Full GC 65952K->65881K(125952K)代表的意思是：本次GC后，內(nèi)存占用從65952K降到了65881K。意思其實(shí)是說GC沒有將placeHolder回收掉，是不是不可思議？

下面來看看遵循“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“的情況：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????if?(true)?{
????????byte[]?placeHolder?=?new?byte[64?*?1024?*?1024];
????????System.out.println(placeHolder.length?/?1024);
????????placeHolder?=?null;
????}
????System.gc();
}

其輸出為：

65536
[GC?68239K->65952K(125952K),?0.0014910?secs]
[Full?GC?65952K->345K(125952K),?0.0099610?secs]

這次GC后內(nèi)存占用下降到了345K，即placeHolder被成功回收了！對(duì)比兩段代碼，僅僅將placeHolder賦值為null就解決了GC的問題，真應(yīng)該感謝“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“。

等等，為什么例子里placeHolder不賦值為null，GC就“發(fā)現(xiàn)不了”placeHolder該回收呢？這才是問題的關(guān)鍵所在。

運(yùn)行時(shí)棧

典型的運(yùn)行時(shí)棧

如果你了解過編譯原理，或者程序執(zhí)行的底層機(jī)制，你會(huì)知道方法在執(zhí)行的時(shí)候，方法里的變量（局部變量）都是分配在棧上的；當(dāng)然，對(duì)于Java來說，new出來的對(duì)象是在堆中，但棧中也會(huì)有這個(gè)對(duì)象的指針，和int一樣。

比如對(duì)于下面這段代碼：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????int?a?=?1;
????int?b?=?2;
????int?c?=?a?+?b;
}

其運(yùn)行時(shí)棧的狀態(tài)可以理解成：

索引	變量
1	a
2	b
3	c

“索引”表示變量在棧中的序號(hào)，根據(jù)方法內(nèi)代碼執(zhí)行的先后順序，變量被按順序放在棧中。

再比如：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????if?(true)?{
????????int?a?=?1;
????????int?b?=?2;
????????int?c?=?a?+?b;
????}
????int?d?=?4;
}

這時(shí)運(yùn)行時(shí)棧就是：

索引	變量
1	a
2	b
3	c
4	d

容易理解吧？其實(shí)仔細(xì)想想上面這個(gè)例子的運(yùn)行時(shí)棧是有優(yōu)化空間的。

Java的棧優(yōu)化

上面的例子，main()方法運(yùn)行時(shí)占用了4個(gè)棧索引空間，但實(shí)際上不需要占用這么多。當(dāng)if執(zhí)行完后，變量a、b和c都不可能再訪問到了，所以它們占用的1～3的棧索引是可以“回收”掉的，比如像這樣：

索引	變量
1	a
2	b
3	c
1	d

變量d重用了變量a的棧索引，這樣就節(jié)約了內(nèi)存空間。

提醒

上面的“運(yùn)行時(shí)棧”和“索引”是為方便引入而故意發(fā)明的詞，實(shí)際上在JVM中，它們的名字分別叫做“局部變量表”和“Slot”。而且局部變量表在編譯時(shí)即已確定，不需要等到“運(yùn)行時(shí)”。

GC一瞥

這里來簡單講講主流GC里非常簡單的一小塊：如何確定對(duì)象可以被回收。另一種表達(dá)是，如何確定對(duì)象是存活的。

仔細(xì)想想，Java的世界中，對(duì)象與對(duì)象之間是存在關(guān)聯(lián)的，我們可以從一個(gè)對(duì)象訪問到另一個(gè)對(duì)象。如圖所示。

再仔細(xì)想想，這些對(duì)象與對(duì)象之間構(gòu)成的引用關(guān)系，就像是一張大大的圖；更清楚一點(diǎn)，是眾多的樹。

如果我們找到了所有的樹根，那么從樹根走下去就能找到所有存活的對(duì)象，那么那些沒有找到的對(duì)象，就是已經(jīng)死亡的了！這樣GC就可以把那些對(duì)象回收掉了。

現(xiàn)在的問題是，怎么找到樹根呢？JVM早有規(guī)定，其中一個(gè)就是：棧中引用的對(duì)象。也就是說，只要堆中的這個(gè)對(duì)象，在棧中還存在引用，就會(huì)被認(rèn)定是存活的。

提醒

上面介紹的確定對(duì)象可以被回收的算法，其名字是“可達(dá)性分析算法”。

JVM的“bug”

我們?cè)賮砘仡^看看最開始的例子：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????if?(true)?{
????????byte[]?placeHolder?=?new?byte[64?*?1024?*?1024];
????????System.out.println(placeHolder.length?/?1024);
????}
????System.gc();
}

看看其運(yùn)行時(shí)棧：

LocalVariableTable:
Start??Length??Slot??Name???Signature
????0??????21?????0??args???[Ljava/lang/String;
????5??????12?????1?placeHolder???[B

棧中第一個(gè)索引是方法傳入?yún)?shù)args，其類型為String[]；第二個(gè)索引是placeHolder，其類型為byte[]。

聯(lián)系前面的內(nèi)容，我們推斷placeHolder沒有被回收的原因：System.gc();觸發(fā)GC時(shí)，main()方法的運(yùn)行時(shí)棧中，還存在有對(duì)args和placeHolder的引用，GC判斷這兩個(gè)對(duì)象都是存活的，不進(jìn)行回收。也就是說，代碼在離開if后，雖然已經(jīng)離開了placeHolder的作用域，但在此之后，沒有任何對(duì)運(yùn)行時(shí)棧的讀寫，placeHolder所在的索引還沒有被其他變量重用，所以GC判斷其為存活。

為了驗(yàn)證這一推斷，我們?cè)赟ystem.gc();之前再聲明一個(gè)變量，按照之前提到的“Java的棧優(yōu)化”，這個(gè)變量會(huì)重用placeHolder的索引。

public?static?void?main(String[]?args)?{
????if?(true)?{
????????byte[]?placeHolder?=?new?byte[64?*?1024?*?1024];
????????System.out.println(placeHolder.length?/?1024);
????}
????int?replacer?=?1;
????System.gc();
}

看看其運(yùn)行時(shí)棧：

LocalVariableTable:
Start??Length??Slot??Name???Signature
????0??????23?????0??args???[Ljava/lang/String;
????5??????12?????1?placeHolder???[B
???19???????4?????1?replacer???I

不出所料，replacer重用了placeHolder的索引。來看看GC情況：

65536
[GC?68239K->65984K(125952K),?0.0011620?secs]
[Full?GC?65984K->345K(125952K),?0.0095220?secs]

placeHolder被成功回收了！我們的推斷也被驗(yàn)證了。

再從運(yùn)行時(shí)棧來看，加上int replacer = 1;和將placeHolder賦值為null起到了同樣的作用：斷開堆中placeHolder和棧的聯(lián)系，讓GC判斷placeHolder已經(jīng)死亡。

現(xiàn)在算是理清了“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“的原理了，一切根源都是來自于JVM的一個(gè)“bug”：代碼離開變量作用域時(shí)，并不會(huì)自動(dòng)切斷其與堆的聯(lián)系。為什么這個(gè)“bug”一直存在？你不覺得出現(xiàn)這種情況的概率太小了么？算是一個(gè)tradeoff了。

總結(jié)

希望看到這里你已經(jīng)明白了“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“這句話背后的奧義。我比較贊同《深入理解Java虛擬機(jī)》作者的觀點(diǎn)：在需要“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“時(shí)大膽去用，但不應(yīng)當(dāng)對(duì)其有過多依賴，更不能當(dāng)作是一個(gè)普遍規(guī)則來推廣。

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