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JVM中的Safepoints

简介

java程序员都听说过GC,大家也都知道GC的目的是扫描堆空间,然后将那些标记为删除的对象从堆空间释放,以提升可用的堆空间。

今天我们会来探讨一下隐藏在GC背后的一个小秘密Safepoints。

GC的垃圾回收器

小师妹:F师兄,GC的垃圾回收器的种类为什么会有这么多呀?使用起来不是很麻烦。并且我听说CMS在JDK9zhong已经被废弃了。

小师妹,这么多垃圾回收器实际是在JVM的发展过程中建立起来的,在之前的文章中,我们讲到了目前的GC回收器有这样几种。

01

基于分代技术的回收器

Concurrent mark sweep (CMS) ,CMS是mark and swap的升级版本,它使用多个线程来对heap区域进行扫描,从而提升效率。

由于CMS的参数复杂性和性能问题,CMS已经在JDK9中被废弃了。

Serial garbage collection,使用单一的线程来进行垃圾回收操作,其好处就是不需要和其他的线程进行交互。如果你是单核的CPU,那么最好就是选择Serial garbage collection,因为你不能充分利用多核的好处。同样的它也常常用在比较小型的项目中。

Parallel garbage collection,如果你是多核处理器,那么Parallel GC可能是你的选择。

Parallel GC是JDK8中的默认GC。而在JDK9之后, G1是默认的GC。

G1 garbage collection,G1=Garbage First,它是为替换CMS而生的,最早出现在java7中。

G1将heap区域划分成为多个更小的区域,每个小区域都被标记成为young generation 或者old generation。从而运行GC在更小的范围里运行,而不是影响整个heap区域。

02

非基于分代技术的回收器

Z Garbage Collection,ZGC是一个可扩展的,低延迟的GC。ZGC是并发的,而且不需要停止正在运行的线程。

ZGC是在JDK11中引入的。

当然还有正在研发中的其他GC。

分代回收器中的问题

小师妹:F师兄,分代回收器不好吗?为什么还有新的ZGC等基于非分代技术的回收器?

分代垃圾回收器中有一个非常常见的现象就是”Stop The World”。什么是Stop the world呢?

就是说在GC的时候,为了进行垃圾回收,需要所有的线程都要暂停执行。所有的线程都暂停执行。

当然G1虽然是基于分代技术,但是G1实际上是不会”Stop The World”的。

JVM定义了一些Root对象,从这些对象开始,找出他们引用的对象,组成一个对象图。所有在这个图里面的对象都是有效的对象,反之不在对象图中的对象就应该被回收。有效的对象将会被Mark为alive。

这些Root对象包括:正在执行的方法中的本地对象和输入参数。活动的线程,加载类中的static字段和JNI引用。

safepoints

为了实现STW的功能,JVM需要提供一个机制,让所有的线程可以在某一个时刻同时停下来。这个停下来的时刻就叫做safepoints。

注意,这些停下来的线程不包括运行native code的线程。因为这些线程是不属于JVM管理的。

JVM中的代码执行其实有两种方式,一种是JIT编译成为机器码,一种是解释执行。

在JIT中,直接将检查代码编译进入了机器码中。通过设置相应的标记位,从而在线程运行的过程中执行暂停的指令。

还是举一个上篇文章中我们提到的JMH的例子:

@Benchmark
    public void test1() {
        int length = array.length;
        for (int i = 0; i < length; i=i+1)
            array[i] ++;
    }

我们看一下它的assembly code:

可以看到其中有个test的指令,这个test指令就是生成的safe points。

通过设置标志位,就可以在线程运行时执行暂停操作。

如果是解释执行的话,JVM保存了两个字节码的调度table,当需要safepoint的时候,JVM就进行table的切换,从而开启safepoint。

safepoint一般用在什么地方

一般情况下,GC,JIT的反代码优化,刷新code cache,类重定义 ,偏向锁撤销和其他的一些debug操作。

我们可以通过使用

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime

来print safepints的暂停时间。

-XX:+PrintSafepointStatistics –XX:PrintSafepointStatisticsCount=1

这两个参数可以强制JVM打印safepoint的一些统计信息。

总结

Safepoint是垃圾回收中一个非常重要的概念,希望大家能够有所了解。

本文分享自微信公众号 - 程序那些事(flydean-tech),作者:flydean

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原始发表时间:2020-07-07

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