點擊上方 "JAVA開發大本營"關注, 置頂或星標一起學習
正文
前言
許多Java開發者都曾聽說過“不使用的對象應手動賦值爲null“這句話，而且好多開發者一直信奉着這句話；問其原因，大都是回答“有利於GC更早回收內存，減少內存佔用”，但再往深入問就回答不出來了。
鑑於網上有太多關於此問題的誤導，本文將通過實例，深入JVM剖析“對象不再使用時賦值爲null”這一操作存在的意義，供君參考。本文儘量不使用專業術語，但仍需要你對JVM有一些概念。
示例代碼
我們來看看一段非常簡單的代碼：
public static void main(String[] args) {
if (true) {
byte[] placeHolder = new byte[64 * 1024 * 1024];
System.out.println(placeHolder.length / 1024);
}
System.gc();
}
我們在if中實例化了一個數組placeHolder，然後在if的作用域外通過System.gc();手動觸發了GC，其用意是回收placeHolder，因爲placeHolder已經無法訪問到了。來看看輸出：
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後，內存佔用從65952K降到了65881K。意思其實是說GC沒有將placeHolder回收掉，是不是不可思議？
下面來看看遵循“不使用的對象應手動賦值爲null“的情況：
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();
}
其輸出爲：
65536
[GC 68239K->65952K(125952K), 0.0014910 secs]
[Full GC 65952K->345K(125952K), 0.0099610 secs]
這次GC後內存佔用下降到了345K，即placeHolder被成功回收了！對比兩段代碼，僅僅將placeHolder賦值爲null就解決了GC的問題，真應該感謝“不使用的對象應手動賦值爲null“。
等等，爲什麼例子裏placeHolder不賦值爲null，GC就“發現不了”placeHolder該回收呢？這纔是問題的關鍵所在。
運行時棧
典型的運行時棧
如果你瞭解過編譯原理，或者程序執行的底層機制，你會知道方法在執行的時候，方法裏的變量（局部變量）都是分配在棧上的；當然，對於Java來說，new出來的對象是在堆中，但棧中也會有這個對象的指針，和int一樣。
比如對於下面這段代碼：
public static void main(String[] args) {
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
}
其運行時棧的狀態可以理解成：
| 索引 |
變量 |
| 1 |
a |
| 2 |
b |
| 3 |
c |
“索引”表示變量在棧中的序號，根據方法內代碼執行的先後順序，變量被按順序放在棧中。
再比如：
public static void main(String[] args) {
if (true) {
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
}
int d = 4;
}
這時運行時棧就是：
| 索引 | 變量 |
| 1 | a |
| 2 |
b |
| 3 |
c |
| 4 |
d |
容易理解吧？其實仔細想想上面這個例子的運行時棧是有優化空間的。
Java的棧優化
上面的例子，main()方法運行時佔用了4個棧索引空間，但實際上不需要佔用這麼多。當if執行完後，變量a、b和c都不可能再訪問到了，所以它們佔用的1～3的棧索引是可以“回收”掉的，比如像這樣：
| 索引 | 變量 |
| 1 |
a |
| 2 |
b |
| 3 |
c |
| 1 |
d |
變量d重用了變量a的棧索引，這樣就節約了內存空間。
提醒
上面的“運行時棧”和“索引”是爲方便引入而故意發明的詞，實際上在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即已確定，不需要等到“運行時”。
GC一瞥
這裏來簡單講講主流GC裏非常簡單的一小塊：如何確定對象可以被回收。另一種表達是，如何確定對象是存活的。
仔細想想，Java的世界中，對象與對象之間是存在關聯的，我們可以從一個對象訪問到另一個對象。如圖所示。
再仔細想想，這些對象與對象之間構成的引用關係，就像是一張大大的圖；更清楚一點，是衆多的樹。
如果我們找到了所有的樹根，那麼從樹根走下去就能找到所有存活的對象，那麼那些沒有找到的對象，就是已經死亡的了！這樣GC就可以把那些對象回收掉了。
現在的問題是，怎麼找到樹根呢？JVM早有規定，其中一個就是：棧中引用的對象。也就是說，只要堆中的這個對象，在棧中還存在引用，就會被認定是存活的。
提醒
上面介紹的確定對象可以被回收的算法，其名字是“可達性分析算法”。
JVM的“bug”
我們再來回頭看看最開始的例子：
public static void main(String[] args) {
if (true) {
byte[] placeHolder = new byte[64 * 1024 * 1024];
System.out.println(placeHolder.length / 1024);
}
System.gc();
}
看看其運行時棧：
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 21 0 args [Ljava/lang/String;
5 12 1 placeHolder [B
棧中第一個索引是方法傳入參數args，其類型爲String[]；第二個索引是placeHolder，其類型爲byte[]。
聯繫前面的內容，我們推斷placeHolder沒有被回收的原因：System.gc();觸發GC時，main()方法的運行時棧中，還存在有對args和placeHolder的引用，GC判斷這兩個對象都是存活的，不進行回收。也就是說，代碼在離開if後，雖然已經離開了placeHolder的作用域，但在此之後，沒有任何對運行時棧的讀寫，placeHolder所在的索引還沒有被其他變量重用，所以GC判斷其爲存活。
爲了驗證這一推斷，我們在System.gc();之前再聲明一個變量，按照之前提到的“Java的棧優化”，這個變量會重用placeHolder的索引。
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();
}
看看其運行時棧：
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！我們的推斷也被驗證了。
再從運行時棧來看，加上int replacer = 1;和將placeHolder賦值爲null起到了同樣的作用：斷開堆中placeHolder和棧的聯繫，讓GC判斷placeHolder已經死亡。
現在算是理清了“不使用的對象應手動賦值爲null“的原理了，一切根源都是來自於JVM的一個“bug”：代碼離開變量作用域時，並不會自動切斷其與堆的聯繫。爲什麼這個“bug”一直存在？你不覺得出現這種情況的概率太小了麼？算是一個tradeoff了。
總結
希望看到這裏你已經明白了“不使用的對象應手動賦值爲null“這句話背後的奧義。我比較贊同《深入理解Java虛擬機》作者的觀點：在需要“不使用的對象應手動賦值爲null“時大膽去用，但不應當對其有過多依賴，更不能當作是一個普遍規則來推廣。
參考
周志明. 深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐[M]. 機械工業出版社, 2013.
都看到這裏了，點贊留言分享一下嘛！！
- END -
本文分享自微信公衆號 - JAVA開發大本營（gh_42999193133a）。
如有侵權，請聯繫 [email protected] 刪除。
本文參與“OSC源創計劃”，歡迎正在閱讀的你也加入，一起分享。