小师妹学JVM之JVM中的Safepoints

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。

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。

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。

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。

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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。

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。

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。

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。

本文作者：flydean 程序那些事

本文链接：http://www.flydean.com/jvm-jit-safepoints/

本文来源：flydean 的博客

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