#GC 判定算法

候选人小林在面试美团 P6 时，面试官问道：

"怎么判断一个对象是否应该被回收？"

小林说："用引用计数法..."面试官追问："引用计数法有什么问题？"

小林说："有循环引用的问题..."面试官继续追问："那 JVM 用的是什么算法？"

小林答不上来...

#一、核心问题：GC 判定算法 🔴

#1.1 问题拆解

第一层：判定方法（怎么判断？）
  "JVM 判断对象存活的算法是什么？"
  考察点：引用计数法 vs 根可达算法

第二层：根可达算法（怎么做？）
  "什么是 GC Roots？哪些可以作为 GC Roots？"
  考察点：线程相关根、类相关根、栈相关根

第三层：引用强度（怎么分类？）
  "强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别是什么？"
  考察点：垃圾回收策略

#1.2 ❌ 错误示范

候选人原话 A："JVM 用的是引用计数法。"

问题诊断：JVM 用的是根可达算法（Reachability Analysis），不是引用计数法。引用计数法虽然简单，但无法处理循环引用。

候选人原话 B："对象没有被引用就会被回收。"

问题诊断：对象即使没有被直接引用，如果通过引用链与 GC Roots 相连，仍然是可达的，不会被回收。

#1.3 标准回答

#P5 级别：两种判定算法

引用计数法（Reference Counting）：

每个对象有一个引用计数器。当有新的引用指向对象时，计数器 +1；引用失效时，计数器 -1。计数器为 0 时，对象死亡。

优点：判定简单，回收及时 缺点：无法处理循环引用（A 引用 B，B 引用 A，但两者都不再被外部引用）

Python 使用引用计数 + GC：Python 虽然用引用计数回收大多数对象，但用额外的 GC 处理循环引用。

根可达算法（Reachability Analysis）：

从一组根（GC Roots）出发，沿着引用链向下搜索。所有能够到达的对象是可达的（Reachable），存活；不能到达的对象是不可达的（Unreachable），可以回收。

graph TD
    R[GC Roots] --> A[Object A]
    R --> B[Object B]
    A --> C[Object C]
    A --> D[Object D]
    B --> D
    D -.-> E[Object E<br/>不可达]

    style E fill:#ff6b6b
    style R fill:#51cf66

JVM 使用根可达算法，因为它能正确处理循环引用。

#P6 级别：GC Roots 的选择

可以作为 GC Roots 的对象：

类型	示例	说明
栈帧中的引用	局部变量表中的对象引用、方法参数	当前执行方法的局部变量
JNI 引用	JNI 栈中的全局引用和局部引用	native 代码持有的 Java 对象引用
活跃线程	Thread 对象、ThreadLocalMap	正在运行的线程
类静态属性	static 字段引用的对象	静态变量持有的对象
常量引用	字符串常量池中的字符串	运行时常量池中的引用
监视器对象	持有 synchronized 锁的对象	ObjectMonitor
JVMTI 强引用	JVMTI 代码持有的对象引用	调试工具持有的引用

方法区作为 GC Roots 的特殊性：

在 JDK 7 及之前，方法区的常量池中的字符串常量、静态引用可以作为 GC Roots。JDK 8 之后，字符串常量池移到了堆中。

#P7 级别：引用的五种强度

JDK 1.2 引入的引用分类：

引用类型	回收时机	典型用途
强引用（Strong Reference）	永不回收（除非无引用）	普通对象引用：Object obj = new Object()
软引用（Soft Reference）	内存不足时回收（第一次 GC 不回收）	缓存：SoftReference<T>
弱引用（Weak Reference）	下一次 GC 时回收	规范化映射：WeakHashMap<K,V>
虚引用（Phantom Reference）	不影响回收，回收时收到通知	对象生命周期跟踪：PhantomReference<T>
Final Reference	对象 finalization 时回收	对象 finalizer 的执行

虚引用的特殊用途：

// 虚引用用于堆外内存的释放
// DirectByteBuffer 的 cleaner
DirectByteBuffer buffer = new DirectByteBuffer(capacity);
// buffer 对象被 GC 后，实际的堆外内存通过 Cleaner 释放

PhantomReference<Object> ref = new PhantomReference<>(obj, referenceQueue);
// ref.get() 永远返回 null
// 当 obj 被 GC 时，ref 被加入 referenceQueue
// 线程从 queue 中取出 ref，释放关联资源

【面试官心理】 这道题我能问到 P7 级别，是因为 GC 判定算法涉及了垃圾回收的理论基础和引用分类的高级应用。能说清虚引用用途的候选人说明他理解了引用分类的工程价值。

#1.4 追问升级

追问：方法区需要 GC 吗？什么情况下方法区会回收？

方法区也需要 GC，但不是所有内容都值得回收：

• 类卸载：当类的 ClassLoader 不再被引用，且该类没有实例时，可以卸载类（元数据回收）
• 常量池回收：运行时常量池中的常量（与字符串常量池不同）

#二、生产避坑 🟡

#2.1 内存泄漏的 GC 表现

// 内存泄漏：static Map 不断添加
static Map<String, Object> cache = new HashMap<>();

public void addToCache(String key, Object value) {
    cache.put(key, value);  // 永远不会被移除
}

GC 表现：Minor GC 后存活对象数量持续增长，最终进入老年代，导致频繁 Full GC。

#2.2 软引用缓存

// 软引用缓存：内存不足时回收
SoftReference<byte[]> cache = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
// 内存不足时，byte[] 数组被回收
// 但 SoftReference 对象本身是强引用，需额外处理

#三、四种引用强度对比 🟢