小師妹學JVM之:JVM中的Safepoints
阿新 • • 發佈：2020-07-08
[toc]
# 簡介
java程式設計師都聽說過GC，大家也都知道GC的目的是掃描堆空間，然後將那些標記為刪除的物件從堆空間釋放，以提升可用的堆空間。今天我們會來探討一下隱藏在GC背後的一個小祕密Safepoints。
# GC的垃圾回收器
小師妹：F師兄，GC的垃圾回收器的種類為什麼會有這麼多呀？使用起來不是很麻煩。並且我聽說CMS在JDK9zhong已經被廢棄了。
小師妹，這麼多垃圾回收器實際是在JVM的發展過程中建立起來的，在之前的文章中，我們講到了目前的GC回收器有這樣幾種。
1. 基於分代技術的回收器
Concurrent mark sweep (CMS) ，CMS是mark and swap的升級版本，它使用多個執行緒來對heap區域進行掃描，從而提升效率。
> 由於CMS的引數複雜性和效能問題，CMS已經在JDK9中被廢棄了。
Serial garbage collection，使用單一的執行緒來進行垃圾回收操作，其好處就是不需要和其他的執行緒進行互動。如果你是單核的CPU，那麼最好就是選擇Serial garbage collection，因為你不能充分利用多核的好處。同樣的它也常常用在比較小型的專案中。
Parallel garbage collection，如果你是多核處理器，那麼Parallel GC可能是你的選擇。
> Parallel GC是JDK8中的預設GC。而在JDK9之後， G1是預設的GC。
G1 garbage collection,G1=Garbage First，它是為替換CMS而生的，最早出現在java7中。
G1將heap區域劃分成為多個更小的區域，每個小區域都被標記成為young generation 或者old generation。從而執行GC在更小的範圍裡執行，而不是影響整個heap區域。
2. 非基於分代技術的回收器
Z Garbage Collection，ZGC是一個可擴充套件的，低延遲的GC。ZGC是併發的，而且不需要停止正在執行的執行緒。
> ZGC是在JDK11中引入的。
當然還有正在研發中的其他GC。
# 分代回收器中的問題
小師妹：F師兄，分代回收器不好嗎？為什麼還有新的ZGC等基於非分代技術的回收器？
分代垃圾回收器中有一個非常常見的現象就是"Stop The World"。什麼是Stop the world呢？
就是說在GC的時候，為了進行垃圾回收，需要所有的執行緒都要暫停執行。所有的執行緒都暫停執行。
當然G1雖然是基於分代技術，但是G1實際上是不會"Stop The World"的。
JVM定義了一些Root物件，從這些物件開始，找出他們引用的物件，組成一個物件圖。所有在這個圖裡面的物件都是有效的物件，反之不在物件圖中的物件就應該被回收。有效的物件將會被Mark為alive。
這些Root物件包括：正在執行的方法中的本地物件和輸入引數。活動的執行緒，載入類中的static欄位和JNI引用。
# safepoints
為了實現STW的功能，JVM需要提供一個機制，讓所有的執行緒可以在某一個時刻同時停下來。這個停下來的時刻就叫做safepoints。
> 注意，這些停下來的執行緒不包括執行native code的執行緒。因為這些執行緒是不屬於JVM管理的。
JVM中的程式碼執行其實有兩種方式，一種是JIT編譯成為機器碼，一種是解釋執行。
在JIT中，直接將檢查程式碼編譯進入了機器碼中。通過設定相應的標記位，從而線上程執行的過程中執行暫停的指令。
還是舉一個上篇文章中我們提到的JMH的例子：
~~~java
@Benchmark
public void test1() {
int length = array.length;
for (int i = 0; i < length; i=i+1)
array[i] ++;
}
~~~
我們看一下它的assembly code：
可以看到其中有個test的指令，這個test指令就是生成的safe points。
通過設定標誌位，就可以線上程執行時執行暫停操作。
如果是解釋執行的話，JVM儲存了兩個位元組碼的排程table，當需要safepoint的時候，JVM就進行table的切換，從而開啟safepoint。
# safepoint一般用在什麼地方
一般情況下，GC，JIT的反程式碼優化，重新整理code cache,類重定義 ,偏向鎖撤銷和其他的一些debug操作。
我們可以通過使用-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime來print safepints的暫停時間。
-XX:+PrintSafepointStatistics –XX:PrintSafepointStatisticsCount=1這兩個引數可以強制JVM列印safepoint的一些統計資訊。
# 總結
Safepoint是垃圾回收中一個非常重要的概念，希望大家能夠有所瞭解。
>