Как Garbage Collector понимает какие объекты нужно оставить

1️⃣ Как кратко ответить

Garbage Collector определяет, какие объекты нужно оставить, используя алгоритмы, основанные на достижимости объектов. Основной метод — это граф достижимости, где объекты, доступные из корневых объектов (root objects), считаются достижимыми и сохраняются, а недостижимые объекты подлежат сборке мусора.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Garbage Collector (GC) в Java отвечает за автоматическое управление памятью, освобождая память, занимаемую объектами, которые больше не используются. Чтобы определить, какие объекты нужно оставить, GC использует концепцию достижимости.

Достижимость объектов

В Java объекты считаются достижимыми, если они могут быть доступны через цепочку ссылок, начиная с так называемых "корневых объектов" (root objects). Корневые объекты включают:

• Локальные переменные и параметры методов, которые находятся в стеке вызовов.
• Статические поля классов.
• Поля объектов, которые являются корневыми.
• Специальные структуры, используемые самим JVM, такие как активные потоки.

Граф достижимости

GC строит граф достижимости, где:

• Узлы представляют объекты в памяти.
• Ребра представляют ссылки между объектами.

Объекты, которые могут быть достигнуты из корневых объектов, считаются "живыми" и не подлежат сборке мусора. Объекты, которые не могут быть достигнуты, считаются "мертвыми" и могут быть удалены.

Пример

Рассмотрим простой пример:

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        Object a = new Object(); // Создаем объект a
        Object b = new Object(); // Создаем объект b
        a = null; // Убираем ссылку на объект a
        // В этот момент объект a становится недостижимым
    }
}

• Object a = new Object();: Создается объект a, который является достижимым, так как на него есть ссылка из локальной переменной a.
• Object b = new Object();: Создается объект b, который также достижим.
• a = null;: Ссылка на объект a удаляется. Теперь объект a недостижим, так как на него больше нет ссылок.

Алгоритмы сборки мусора

Существует несколько алгоритмов, которые GC может использовать для определения достижимости:

1. Mark-and-Sweep (Отметка и очистка):

   • Mark (Отметка): GC проходит по графу достижимости, начиная с корневых объектов, и отмечает все достижимые объекты.
   • Sweep (Очистка): Все неотмеченные объекты считаются недостижимыми и их память освобождается.

2. Copying (Копирование):

   • Память делится на две области. GC копирует все достижимые объекты из одной области в другую, оставляя недостижимые объекты.

3. Generational (Поколенческая):

   • Память делится на поколения (молодое, старшее). Объекты, которые переживают несколько сборок мусора, перемещаются в старшее поколение. Это оптимизирует производительность, так как большинство объектов "умирает" молодыми.

Зачем это нужно

Автоматическое управление памятью позволяет разработчикам сосредоточиться на логике приложения, не беспокоясь о ручном освобождении памяти. Это снижает вероятность ошибок, связанных с утечками памяти и неправильным управлением ресурсами.

Применение

GC используется во всех Java-приложениях, от небольших утилит до крупных корпоративных систем. Он обеспечивает эффективное использование памяти и помогает поддерживать стабильную работу приложений, автоматически управляя жизненным циклом объектов.