JVM(5)——对象的生命周期

1. 为什么需要理解对象生命周期？

• 实际场景问题：内存泄漏、OOM异常、GC性能问题

• 核心价值：优化内存使用、避免内存泄漏、提升应用性能

• 主要内容概览：创建→使用→不可达→回收→内存重用

2. JVM内存结构回顾（简明版）

3. 对象生命周期的核心阶段

阶段1：创建（Creation）

1. 类加载检查

   • 遇到new指令时检查类是否已加载

   • 未加载则执行类加载过程

2. 内存分配

   • 分配方式：

     • 指针碰撞（堆内存规整）

     • 空闲列表（堆内存不规整）

   • 并发处理：

     • TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

     • CAS+失败重试

3. 内存空间初始化

   • 初始化为零值（0/null/false）

   • 设置对象头信息（Mark Word + Klass Pointer）

4. 构造函数执行

   • <init>()方法调用

   • 字段初始化、父类构造等

阶段2：使用（In Use）

1. 可达性状态

   • 强可达：通过GC Roots直接引用

   • 软可达：仅被SoftReference引用

   • 弱可达：仅被WeakReference引用

   • 终结可达：重写了finalize()方法

   • 虚可达：仅被PhantomReference引用

2. 对象内存布局

|---------------------------------------------------|
| 对象头 (Header)                                   |
|   Mark Word (64 bits)                             |
|   Klass Pointer (32 bits, 压缩后)                 |
|---------------------------------------------------|
| 实例数据 (Instance Data)                          |
|   int id; // 4 bytes                              |
|   String name; // 4 bytes (引用)                  |
|   ...                                             |
|---------------------------------------------------|
| 对齐填充 (Padding) // 按8字节对齐                 |
|---------------------------------------------------|

1. 访问定位方式

   • 句柄访问（稳定，访问速度慢）

   • 直接指针（HotSpot默认，访问速度快）

阶段3：不可达（Inaccessible）

1. 可达性分析算法

   • GC Roots包括：

     • 虚拟机栈中的局部变量

     • 方法区中静态变量

     • 方法区中常量引用的对象

     • 本地方法栈JNI引用

     • 同步锁持有的对象

2. 两次标记过程

   • 第一次标记：筛选需要执行finalize()的对象

   • 第二次标记：真正回收前的最后检查

阶段4：回收（Reclamation）

1. 垃圾收集算法

1. 分代回收策略

   • 新生代：Eden + Survivor0 + Survivor1

     • Minor GC触发条件：Eden区满

     • 复制算法（存活对象移至Survivor区）

   • 老年代：长期存活对象

     • Major GC触发条件：老年代空间不足

     • 标记-清除/标记-整理算法

2. finalize()方法的特殊处理

   • 执行时机不确定

   • 可能造成对象"复活"

   • Java 9后已被弃用（示例说明原因）

阶段5：内存空间重用（Reuse）

• 回收后的内存加入空闲列表

• 新对象重用内存空间

• 内存压缩避免碎片化

4. 对象生命周期可视化流程

5. 影响生命周期的关键因素

1. 引用类型的作用

2. 垃圾收集器的影响

• Serial GC：单线程，适合客户端应用

• Parallel GC：吞吐量优先

• CMS：低延迟，标记-清除算法

• G1：分区收集，可预测停顿

• ZGC：TB级堆，<10ms停顿

3. 内存分配策略

• 对象优先在Eden分配

• 大对象直接进入老年代（-XX:PretenureSizeThreshold）

• 长期存活对象进入老年代（-XX:MaxTenuringThreshold）

• 动态年龄判断

6. 实战：生命周期监控与优化

1. 内存泄漏诊断

// 典型内存泄漏示例
public class MemoryLeak {
    static List<Object> leakList = new ArrayList<>();
    
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            leakList.add(new byte[1024 * 1024]); // 持续添加大对象
            try { Thread.sleep(100); } 
            catch (InterruptedException e) {}
        }
    }
}

2. 监控工具

1. jvisualvm：堆dump分析

2. jmap：内存快照

   jmap -heap <pid>        # 查看堆配置
   jmap -histo:live <pid>  # 对象直方图

3. jstat：实时GC监控

   jstat -gcutil <pid> 1000  # 每秒输出GC情况

3. 优化策略

• 减少短命大对象创建

• 合理使用软/弱引用管理缓存

• 避免在循环中创建对象

• 及时清除过期引用

• 调整堆大小和分代比例

7. 特殊对象生命周期

1. 类对象生命周期

• 加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化

• 卸载条件苛刻（无实例、无ClassLoader引用等）

2. 字符串常量池

• 字面量创建的特殊处理

• intern()方法的作用与风险

3. 匿名类与Lambda

• 捕获外部变量时的生命周期绑定

• 方法区存储vs堆存储

8. 总结与最佳实践

1. 关键总结：

   • 对象生命周期由GC Roots可达性决定

   • 不同引用类型提供精细控制能力

   • 分代收集优化GC效率

2. 最佳实践：

   • 避免使用finalize()

   • 大对象生命周期单独管理

   • 监控老年代增长趋势

   • 根据应用特点选择GC算法