第 13 章：对象生命周期

这是《JVM 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 对象从分配、使用、不可达、回收到堆空间复用，贯穿 Young GC、晋升、并发标记和整理过程。理解生命周期，才能解释分配速率高、Survivor 溢出、老年代增长和缓存泄漏。

13.1 生命周期

Allocate
  -> Initialize
     -> Use
        -> Unreachable
           -> Collected
              -> Heap reused

各阶段职责：

13.2 分配速率

观察：

jstat -gc <pid> 1000

关注：

粗略计算：

allocation rate ≈ Eden delta / sample interval

高分配速率会推高 Young GC 频率、CPU 消耗、缓存和内存带宽压力，并带来晋升压力。

常见来源：

1. 日志字符串；
2. DTO 重复转换；
3. 大对象；
4. 高频临时集合；
5. JSON 序列化；
6. 装箱。

13.3 Young GC

简化流程：

Eden 满
  -> 根扫描
     -> 复制存活对象到 Survivor / Old
        -> 清空 Eden 和空 Survivor

复制收集特点：

对象年龄参数：

-XX:MaxTenuringThreshold=15
-XX:TargetSurvivorRatio=50

HotSpot 可能根据 Survivor 压力动态调整晋升年龄，不一定等到 MaxTenuringThreshold。

13.4 晋升

常见晋升条件：

1. 对象年龄达到阈值；
2. Survivor 空间不足；
3. 达到动态阈值；
4. 大对象；
5. GC 和堆布局策略。

观察：

jstat -gcutil <pid> 1000

风险：

处理：

1. 降低临时对象；
2. 调整新生代；
3. 优化缓存；
4. 拆批；
5. 选择更合适 GC；
6. 用 GC 日志确认。

13.5 对象存活时间

朝生夕死对象
  -> Young 回收，成本低

中等生命周期对象
  -> Survivor 压力大，可能晋升

长期对象
  -> Old / concurrent marking

缓存对象
  -> 应有容量、TTL 和指标

Java 应用常存在弱分代假说：多数对象生命周期很短。但 Web 服务的 session、连接、缓存和框架对象会长期存活，因此需要分代和并发标记。

13.6 引用链

根对象包括：

1. 线程栈局部变量；
2. 静态字段；
3. JNI 引用；
4. 系统类加载器；
5. 监视器对象；
6. JVM 内部根。

GC Roots
  -> field
     -> object
        -> object
           -> cached object 不可回收

典型泄漏模式：

13.7 ThreadLocal

private static final ThreadLocal<UserContext> CONTEXT =
        new ThreadLocal<>();

CONTEXT.set(new UserContext(userId));
try {
    process();
} finally {
    CONTEXT.remove();
}

线程池复用线程时，未 remove 会导致：

1. 数据串用；
2. ClassLoader 泄漏；
3. 对象生命周期被拉长；
4. 安全风险。

优先使用显式参数传递；确需上下文时必须成对清理。

13.8 Native 与堆外生命周期

堆内对象由 GC 回收，堆外资源必须显式释放或通过框架的引用计数处理。

try (ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(16 * 1024 * 1024)) {
    process(buffer);
}

Direct ByteBuffer 的释放时机不应依赖 GC；Netty 等框架有自己的引用计数：

ByteBuf buf = allocator.directBuffer();
try {
    process(buf);
} finally {
    buf.release();
}

堆外泄漏表现：

1. heap 正常；
2. RSS 增长；
3. Direct buffer OOM；
4. native memory 统计增长。

13.9 对象终止

finalize 已被废弃，不应使用。原因：

1. 执行时机不确定；
2. 可能 resurrection；
3. 延迟对象回收；
4. 异常被吞；
5. 性能差。

替代：

try (Resource resource = open()) {
    process(resource);
}

需要响应堆回收时，优先重新设计生命周期，而不是依赖 finalize 或 Cleaner。

13.10 生产案例

案例一：Young GC 频繁

jstat -gcutil <pid> 1000

现象：YGC 每秒多次，Eden 快速填满。

处理：

1. 用 allocation profile 找热点；
2. 减少日志拼接；
3. 复用对象；
4. 修复深层查询；
5. 评估新生代大小；
6. 压测验证。

案例二：Old 缓慢增长

jstat -gcutil <pid> 10000
jcmd <pid> GC.heap_dump /tmp/app.hprof

MAT 分析：

1. Dominator Tree；
2. Top consumers；
3. Path to GC Roots；
4. 重复对象；
5. ClassLoader。

本章小结

对象生命周期决定 GC 成本：朝生夕死对象适合 Young 复制，长期对象进入老年代，无上限缓存和未清理监听器会把生命周期意外拉长。堆内看可达性，堆外看显式释放。分析老年代问题要结合 GC 日志和堆 dump 引用链。

思考题

1. 如何估算对象分配速率？
2. 对象为什么会提前晋升？
3. ThreadLocal 在线程池中有什么风险？
4. 为什么不推荐 finalize？
5. 如何分析 Old 区持续增长？