JVM 为什么不使用引用计数算法？——深入解析 GC 策略-EW帮帮网

在 Java 中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）是一个至关重要的功能，它能够自动管理内存，回收不再使用的对象，从而防止内存泄漏。然而，在垃圾回收的实现上，JVM 并未采用引用计数算法（Reference Counting），而是使用了可达性分析算法（Reachability Analysis）。

那么，为什么 JVM 选择可达性分析，而不是引用计数？这篇文章将深入探讨引用计数的原理、局限性，以及 JVM 采用可达性分析的原因。

1. 什么是引用计数算法？

1.1 引用计数算法的基本原理

引用计数是一种简单且高效的垃圾回收策略，它的核心思想是：

每个对象维护一个引用计数器，记录有多少个变量或其他对象引用它。
当有新的引用指向该对象时，计数器 +1。
当一个引用失效（比如变量赋值为 null）时，计数器 -1。
当计数器降为 0 时，说明该对象不再被任何变量或对象引用，可以被垃圾回收。

1.2 引用计数的示例

class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    
    // 占用内存，以便观察 GC 发生情况
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void testGC() {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        
        objA = null;
        objB = null;
        
        System.gc();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        testGC();
    }
}

按照引用计数算法的逻辑：

objA 和 objB 互相引用，导致它们的引用计数始终不为 0。
即使 objA = null; objB = null;，它们仍然引用彼此，引用计数不会降为 0。
结果：垃圾回收器无法回收这两个对象，导致内存泄漏。

2. JVM 为什么不采用引用计数算法？

2.1 关键问题：循环引用问题

正如上面的例子所示，引用计数算法无法处理循环引用（Circular Reference）。

在 Java 这种广泛使用对象引用的语言中，循环引用的情况很常见。如果采用引用计数算法，会导致大量的对象无法被正确回收，从而引发内存泄漏，严重影响应用程序的稳定性。

解决方案？

可达性分析算法（Reachability Analysis），也称作可达性遍历。

3. 可达性分析算法（JVM 的 GC 方案）

3.1 可达性分析的基本原理

JVM 采用可达性分析算法来判断对象是否存活，其核心思想是：

以一组**根对象（GC Roots）**作为起点。
从 GC Roots 开始遍历对象的引用链（Reference Chain）。
可达的对象被认为仍然存活，不可达的对象则会被回收。

GC Roots 包含哪些对象？

栈上的局部变量（方法内的变量）。
静态变量（属于类的静态字段）。
运行时常量池中的引用（比如字符串常量池 String Table）。
本地方法栈 JNI 引用（Native 代码引用的对象）。
JVM 内部特殊对象（如类加载器、异常对象等）。

3.2 可达性分析示例

4. JVM 的四种引用类型

为了更好地管理对象，Java 1.2 之后引入了四种引用类型：

4.1 强引用（Strong Reference）

Object obj = new Object();

只要强引用存在，GC 永远不会回收该对象。

4.2 软引用（Soft Reference）

SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(new Object());

适用于缓存，内存不足时才会被回收。

4.3 弱引用（Weak Reference）

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object());

下一次 GC 就会回收，用于存储敏感数据（如 ThreadLocal）。
ThreadLocal 中的 ThreadLocalMap 采用了弱引用，防止内存泄漏。

4.4 虚引用（Phantom Reference）

PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), new ReferenceQueue<>());

对象被 GC 回收时会进入 ReferenceQueue，用于监控对象回收情况。
常用于管理堆外内存或跟踪对象销毁。

5. 结论

JVM 不使用引用计数算法的主要原因是：无法解决循环引用问题。
JVM 采用可达性分析算法，通过 GC Roots 遍历对象引用链来判断对象是否存活。
JVM 引入四种引用类型，以增强垃圾回收的控制能力，适应不同场景需求。

JVM 的 GC 机制不断优化，比如 G1、ZGC 采用了更先进的垃圾回收策略，使得 Java 的内存管理更高效。

JVM 为什么不使用引用计数算法？——深入解析 GC 策略