JVM

发表于 2022-06-11 更新于 2022-10-18 分类于工作

背景

由于最近在查一个OOM问题，所以借机读起了《深入理解Java虚拟机》第三版。简单做个记录。

垃圾收集算法

分代收集理论

大多数垃圾收集器的都应用的理论。

弱分代假说（年轻代）：绝大多数朝生夕灭的对象。
强分代假说（老年代）：熬过越多次垃圾收集就越难消亡。
跨代引用假说

Partial GC（部分收集）:

Minor GC/Young GC(年轻代收集)
Major GC/Old GC（老年代收集）
Mixed GC(混合收集)：JDK 11 ，只有G1有，针对年轻代和部分老年代。
Full GC（整堆收集）：整个堆和方法区

标记-清除算法

标记需要回收的对象，然后清除。这是最基础算法，后续的其它算法都是针对其缺点的改进而来的。所以其实放在这个目录纬度可能有点不太合适，不过不纠结了。

缺点：

随着对象增加而效率降低。
内存碎片

标记-复制算法

年轻代内存均分两个区域，一个使用完了，就将还存活的对象复制到另一个。避免内存碎片。

缺点：

内存缩小了一半。
存活对象越多，复制的开销越大，效率降低。
需要担保机制，保证剩下的区域也不够时，也能正常运行，即需要依赖其它内存区域（年老代）。

Appel式回收：优化了标记-复制算法，使内存的分配更加合理，比如分成了1个Eden、2个Survivor，Eden、Survivor默认比例为8:1，一开始使用1个Eden、1个Survivor，即剩下未使用的内存只占10%。

标记-整理算法

主要针对年老代。标记后，让存活对象往内存的一端移动，然后再清理除此以外的内存。

缺点：

移动就意味着需要更新引用地址，增加了回收的复杂度。

所以需要权衡（如果移动则回收更复杂，如果不移动则内存分配更复杂）。比如如果更关注吞吐量则选择“移动”，如果更关注延迟则“不移动”。

算法细节

上面说的是一些理论，现在说一些细节，垃圾收集的前置知识。

可达性分析：追踪通过“根”对象的一系列参考链可以到达哪些对象。算法中定义了几个GC Root对象。这些根对象在GC时不会被JVM回收，然后通过这些对象像分支一样向外扩展。引用的对象表示它们仍在使用中，不会被使用。

根结点枚举

即找出所有的GC Roots，且该过程是STW。所谓GC根是垃圾收集器专用的对象。垃圾收集器收集那些不是GC根并且不能通过GC根的引用访问的对象。

固定的可做为GC Roots的节点主要在全局性的引用（常量，类静态属性）与执行上下文（栈桢的本地变量表），

OopMap
快速完成根结点枚举的实现方式：OopMap。

一旦类加载动作完成的时候，HotSpot就会把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，

在即时编译过程中，也会在特定的位置记录下栈里和寄存器里哪些位置是引用。

这样收集器在扫描时就可以直接得知这些信息了，并不需要真正一个不漏地从方法区等GC Roots开始查找

所以OopMap的作用就是存储内存中哪些位置存储了对象引用。

安全点

OopMap记录的位置（不是随时随地都记录，不然空间占用又是个大问题）
控制用户执行程序不能任意位置停顿下来执行垃圾收集。而是强制要求在安全点才能停顿。

这些特定安全点的主要位置如下：

在方法返回之前
调用方法后
抛出异常的位置
循环结束
…

咋个保证到了位置就能停呢，HotSpot采用主动式中断方式，即不直接操作线程而是设置一个标志位，线程轮询这个标志位，当为真时，则线程主动中断挂起。
为了使轮询高效，HotSpot使用内存保护陷阱的方式，把轮询操作精简为一条指令，当应该听顿时，设置对应的内存页为只读，则该指令会产生一个自陷异常信号，使线程能挂起。