“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null”

聽(tīng)粉絲討論說(shuō)，“不使用的對(duì)象應(yīng)手動(dòng)賦值為null“ 這句話，而且好多開(kāi)發(fā)者一直信奉著這句話；問(wèn)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(wèn)就回答不出來(lái)了。

鑒于網(wǎng)上有太多關(guān)于此問(wèn)題的誤導(dǎo)，本文將通過(guò)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(yǔ)，但仍需要你對(duì)JVM有一些概念。

示例代碼

我們來(lái)看看一段非常簡(jiǎn)單的代碼：

Java

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(guò)System.gc();手動(dòng)觸發(fā)了GC，其用意是回收placeHolder，因?yàn)?code style="font-size: 14px;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;color: rgb(30, 107, 184);background-color: rgba(27, 31, 35, 0.05);font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;">placeHolder已經(jīng)無(wú)法訪問(wèn)到了。來(lái)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(shuō)GC沒(méi)有將placeHolder回收掉，是不是不可思議？

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

Java

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(wèn)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(wèn)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(guò)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(lái)說(shuō)，new出來(lái)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：

Java

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”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：

Java

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：

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(wèn)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：

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)?！焙汀八饕笔菫榉奖阋攵室獍l(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)”。還請(qǐng)注意

GC一瞥

這里來(lái)簡(jiǎn)單講講主流GC里非常簡(jiǎn)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(wèn)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(shù)。

如果我們找到了所有的樹(shù)根，那么從樹(shù)根走下去就能找到所有存活的對(duì)象，那么那些沒(méi)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(wèn)題是，怎么找到樹(shù)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(shuō)，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?lái)回頭看看最開(kāi)始的例子：

Java

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(méi)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(shuō)，代碼在離開(kāi)if后，雖然已經(jīng)離開(kāi)了placeHolder的作用域，但在此之后，沒(méi)有任何對(duì)運(yùn)行時(shí)棧的讀寫(xiě)，placeHolder所在的索引還沒(méi)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)?code style="font-size: 14px;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;color: rgb(30, 107, 184);background-color: rgba(27, 31, 35, 0.05);font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;">System.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。

Java

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(lái)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?gòu)倪\(yùn)行時(shí)棧來(lái)看，加上int replacer = 1;和將placeHolder賦值為null起到了同樣的作用：斷開(kāi)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(lái)自于JVM的一個(gè)“bug”：代碼離開(kāi)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(jué)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(guò)多依賴，更不能當(dāng)作是一個(gè)普遍規(guī)則來(lái)推廣。