深入理解G1垃圾回收器：GC Roots与标记机制的"人性化"探秘
G1（Garbage-First）垃圾回收器是Java世界的"清道夫"，而GC Roots和标记机制则是它的"灵魂"。想知道JVM如何判断哪些对象该留、哪些该扔？跟着我一起走进这场垃圾回收的"侦探游戏"，从GC Roots的"根源"到标记的"追踪术"，带你轻松get核心！
一、GC Roots的本质：垃圾回收的"生命线"
GC Roots是垃圾回收的"根集合"，就像一棵参天大树的根，所有的"活对象"都得靠它们抓住生命线。理解GC Roots的精髓，就是搞清楚哪些引用是从"堆外"伸进来的"救命稻草"。
先从反面入手：什么不是GC Roots？
有时候，排除法比直接定义更直观。我们先把"伪装者"揪出来：
- 堆里的普通对象 ：比如
new String()，它得有人"罩着"才能活。 - 没人管的孤儿：没被任何根引用的对象，注定被回收。
- 非静态成员变量：这些是对象的"跟班"，自己没资格当根。
- 挂掉的线程：线程一结束，它手里的东西也"随风而去"。
GC Roots的"四大金刚"
筛选掉杂牌军后，真正的"根"现身了，它们是：
-
线程栈上的引用
- 包括：方法里的局部变量、参数、临时变量。
- 特点：像临时工，方法调用栈一变，它们就"下岗"。
- 例子 ：
void foo() { User user = new User(); }------user是个根，但方法一结束，它就"下班"了。
-
静态变量与常量
- 包括 ：
static字段、final常量。 - 特点：像老员工，和类"同生共死"。
- 例子 ：
static Config globalConfig;------ 只要类在，它就在。
- 包括 ：
-
JNI引用
- 包括：Native代码（比如C++）里抓着的Java对象。
- 特点：跨语言的"外交大使"，地位特殊。
- 例子 ：
JNIEnv->NewObject()------ 从C世界伸来的"援手"。
-
系统保留对象
- 包括 ：类对象（
Class）、活跃线程、系统类加载器。 - 特点：JVM的"核心资产"，少了谁都不行。
- 例子 ：
Object.class、Thread.currentThread()------ 这些是大佬级别。
- 包括 ：类对象（
这些"根"就像城市的"水源地"，所有的对象都得通过它们"喝到水"才能存活。
二、初始标记：快如闪电的"起跑枪"
初始标记是G1的第一个"暂停"（STW），就像赛跑前的发令枪，目标是迅速标记GC Roots的"直系亲属"。
它有多"快刀斩乱麻"？
- 只扫GC Roots直接抓着的对象，至于"七大姑八大姨"，留给后面处理。
- 不追踪完整的引用链，效率优先。
- 经常搭Young GC的"顺风车"，省时又省力。
举个小例子
java
class Graph {
static Node root = new Node(); // GC Root
static class Node {
Node next;
Node() { next = new Node(); }
}
}初始标记只管root，至于root.next或者更远的"亲戚"，它才不费那个心思呢。
为什么这么快？
- 暂停时间：通常1ms以内，快得像眨眼间的事。
- 并行加速：多线程一起上，像"扫地僧"集体出动。
- 位图妙招：用Bitmap记下标记状态，效率高得飞起。
三、并发标记：织出一张"存活大网"
初始标记只是开了个头，接下来是并发标记------它像个"名侦探"，从GC Roots出发，顺着线索追踪，画出完整的"存活地图"。
它的"侦探术"有哪些？
-
顺藤摸瓜
- 从GC Roots开始，深度优先搜索，把所有能找到的"活物"标记出来。
-
SATB算法（时间快照）
- 在标记开始时拍个"全家福"，保证画面不乱。
- 用写屏障（Write Barrier）记下中途的"捣乱者"，确保不漏线索。
-
脏卡记事本
- 引用变了？记在"脏卡表"（Card Table）里，回头再查。
幕后工具箱
| 工具名 | 干啥用的？ | 咋实现的？ |
|---|---|---|
| 标记位图 | 标记谁还活着 | 每个Region一张"名单" |
| 标记栈 | 存着待查的线索 | 像个"待办清单" |
| 脏卡表 | 记下中途的"变动" | 字节数组当"记事本" |
这阶段不打扰程序，像个默默工作的"助手"，一边标记一边让应用继续跑。
四、重新标记与清理：查漏补缺的"收尾大师"
重新标记：再来一次"体检"
并发标记难免有"漏网之鱼"，重新标记就暂停一下（STW），处理脏卡里的变化，补上漏标、修好错标，确保万无一失。
清理：收拾"战场"
- 摸底存活率：看看每个Region还有多少"活口"。
- 组回收队：挑出要清理的区域（CSet）。
- 更新通讯录：刷新跨区域引用的"记账本"（Remembered Set）。
- 大扫除：完全没用的Region直接"清空"。
五、实战小妙招：轻松记住GC Roots
口诀助攻
"栈静JNI系统"（读起来像"站静JNI系统"）：
- 栈：线程栈引用
- 静：静态变量
- JNI：本地方法引用
- 系统 ：系统保留对象
念几遍，保证过目不忘！
避坑小贴士
- 误区 ：所有线程都是GC Roots？
真相：只有活线程算，挂了的线程不算数。 - 误区 ：静态变量引用的对象是GC Root？
真相：静态变量是根，它指向的对象只是"被罩着"而已。
六、总结：G1标记的"精髓提炼"
- GC Roots是命根子：四大类型，从堆外来的"定海神针"。
- 标记分步走：初始标记快如风，并发标记织大网，重新标记补漏洞。
- 技术亮点：SATB锁住一致性，写屏障撑起并发。
- 效率秘诀：用最短的暂停换最大的成果。
搞懂这些，你就能"摸透"G1的脾气，下次调优时胸有成竹。垃圾回收原来也可以这么有趣，对吧？下回我们再聊聊G1的回收阶段，继续这场"探秘之旅"！