一文让你理解什么是shallow heap及retained heap

前言

快速定位性能故障并非一朝一夕之功，需要我们对很多概念有很深刻的理解，在前文中，我们介绍了heap dump的相关概念和其获取方式，今天我们一起来了解一下什么是：
Shallow 和 retained sizes。

GC ROOT是什么？

在java语言中，都是通过可达性分析来判定对象是否存活的。此算法的基本思路是：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连，则证明此对象是不可达的。

file

在上图右侧中，我们可以看到，对象5/6/7虽然有依赖关联，但是他们到GC ROOT根节点是不可达的，所以这三个节点对象会被判定为是可回收的。

GC ROOT的定义比较特别，他们不属归属于对象图中，对象也不能反向的依赖他们，这也确保了不会出现循环引用的问题。因此也容易得出，只有引用类型的变量才被认为是Roots，值类型的变量永远不被认为是Roots。

在Java中，可作为GC Roots的对象包括以下几种：

虚拟机栈（栈帧中的局部变量表，Local Variable Table）中引用的对象。
方法区中类静态属性引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

看到这里你可能要问，选择这些对象的依据是什么呢？

首先，GCROOT的目标对象是要以当前还在存活的对象集合，因此必须要选取确定存活的引用类型对象，GC管理的区域是java的堆，虚拟机栈、方法区和本地方法栈不被GC所管理，因此选用这些区域内引用的对象作为GC Roots，是不会被GC回收的。

其中虚拟机栈和本地方法栈都是线程私有的内存区域，只要线程没有终止，就能确保它们中引用的对象的存活。而方法区中类静态属性引用的对象是显然存活的。常量引用的对象在当前可能存活，因此，也可能是GC roots的一部分。

下图是使用MAT工具中的 “path to GC roots ”功能分析出来的引用链。
file

它标识从当前对象到GC roots的路径，这个路径解释了为什么当前对象还能存活，对分析内存泄露很有帮助。

在查询到GC root的路径时，默认是包含所有引用的，从GC角度说，一个对象无法被GC，一定是因为有强引用存在，其它引用类型在GC需要的情况下都是可以被GC掉的，所以这里我使用 exclude all phantom/weak/soft etc. references 只查看GC路径上的强引用。

shallow heap和retained heap

直译过来是浅层堆和保留堆的意思。先说一说其基本的概念。

shallow heap

表示对象本身占用内存的大小，也就是对象头加成员变量（不是成员变量的值）的总和。

如一个引用占用32或64bit，一个integer占4bytes，Long占8bytes等。

如简单的一个类里面只有一个成员变量int i，那么这个类的shallow size是12字节，因为对象头是8字节，成员变量int是4字节。

常规对象（非数组）的Shallow size有其成员变量的数量和类型决定，数组的shallow size有数组元素的类型（对象类型、基本类型）和数组长度决定。

对象的值是分配给存储对象本身的内存量，不考虑所引用的对象。常规(非数组)对象的浅大小取决于其字段的数量和类型。数组的浅尺寸取决于数组的长度及其元素(对象、基本类型)的类型。一组对象的浅尺寸表示该集合中所有对象的浅尺寸之和。

retained heap

如果一个对象被释放掉，那会因为该对象的释放而减少引用进而被释放的所有的对象（包括被递归释放的）所占用的heap大小，即对象被垃圾回收器回收后能被GC从内存中移除的所有对象之和。相对于shallow heap，Retained heap可以更精确的反映一个对象实际占用的大小（若该对象释放，retained heap都可以被释放）。

实际案例分析

file

正如上图所示：
在这两张图中，我们画出了GC ROOT到所有对象引用链。在这里我们着重分析一下Retained size。

对于obj1这个对象：
GC ROOT指向它，并且它依赖于obj2、obj3、obj4，但是由于obj3同样也被GC ROOT所指。
所以：

分析obj1:

对于图1，retained size包括：obj1+obj2+obj4

对于图2，retained size包括：obj1+obj2+obj3+obj4

分析obj2:

对于图1：retained size包括：obj2+obj4

对于图2：retained size包括：obj2+obj3+obj4

总结

本篇文章围绕内存分析中的Shallow 和Retained heap扩展了解了几个知识点如下：

gc root的定义和概念的了解。
对象可达性分析和选择gc root的依据。
针对单个对象使用“path to GC roots”查看其引用树。
shallow heap和retained heap的基本概念。

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