前面我們提到過GC的啟動(dòng)時(shí)機(jī)。這一節(jié)中主要介紹GC的步驟。一個(gè)GC周期被分成10個(gè)小步驟，分別為：

• 初始標(biāo)記，該步驟從Root set出發(fā)找出活躍對(duì)象，并入棧；還不需要SWT；
• 并發(fā)標(biāo)記，根據(jù)初始標(biāo)記找到的對(duì)象標(biāo)記引用的對(duì)象，深度優(yōu)先進(jìn)行標(biāo)記；并發(fā)標(biāo)記需要解決標(biāo)記過程中引用關(guān)系變化導(dǎo)致的漏標(biāo)記問題，具體方法后文介紹；
• 結(jié)束標(biāo)記，在并發(fā)標(biāo)記結(jié)束后嘗試終結(jié)標(biāo)記動(dòng)作，理論上并發(fā)標(biāo)記結(jié)束后所有待標(biāo)記的對(duì)象會(huì)全部完成，但是因?yàn)镚C流控制線程也是并發(fā)運(yùn)行，所以可能存在執(zhí)行結(jié)束標(biāo)記時(shí)又有新的引用關(guān)系變化導(dǎo)致漏標(biāo)記，所以這一步先判斷是否可以結(jié)束標(biāo)記，如果不能啟動(dòng)并行標(biāo)記，所以這一步是需要SWT；
• 并發(fā)處理弱引用；后文詳解；
• 并發(fā)處理初始化每個(gè)Page的轉(zhuǎn)移集合；后文詳解；
• 并發(fā)處理可回收的Page；
• 并發(fā)選擇對(duì)象的轉(zhuǎn)移集合；
• 并發(fā)處理選擇每個(gè)Page的轉(zhuǎn)移集合；后文詳解
• 轉(zhuǎn)移根對(duì)象引用的對(duì)象，該步需要SWT；
• 并發(fā)轉(zhuǎn)移，把對(duì)象移動(dòng)到新的Page中，這樣對(duì)象所在的老的Page中所以活躍對(duì)象都被轉(zhuǎn)移了它就可以被回收重用。

注意些10步之間是串行執(zhí)行的。

整體的活動(dòng)圖如下：

image.png

代碼如下

void ZDriver::run_gc_cycle(GCCause::Cause cause) {
  ZDriverCycleScope scope(cause);

  // Phase 1: Pause Mark Start
  {
    ZMarkStartClosure cl;
    vm_operation(&cl);
  }

  // Phase 2: Concurrent Mark
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentMark);
    ZHeap::heap()->mark();
  }

  // Phase 3: Pause Mark End
  {
    ZMarkEndClosure cl;
    while (!vm_operation(&cl)) {
      // Phase 3.5: Concurrent Mark Continue
      ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentMarkContinue);
      ZHeap::heap()->mark();
    }
  }

  // Phase 4: Concurrent Process Non-Strong References
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentProcessNonStrongReferences);
    ZHeap::heap()->process_non_strong_references();
  }

  // Phase 5: Concurrent Reset Relocation Set
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentResetRelocationSet);
    ZHeap::heap()->reset_relocation_set();
  }

  // Phase 6: Concurrent Destroy Detached Pages
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentDestroyDetachedPages);
    ZHeap::heap()->destroy_detached_pages();
  }

  // Phase 7: Concurrent Select Relocation Set
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentSelectRelocationSet);
    ZHeap::heap()->select_relocation_set();
  }

  // Phase 8: Concurrent Prepare Relocation Set
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentPrepareRelocationSet);
    ZHeap::heap()->prepare_relocation_set();
  }

  // Phase 9: Pause Relocate Start
  {
    ZRelocateStartClosure cl;
    vm_operation(&cl);
  }

  // Phase 10: Concurrent Relocate
  {
    ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentRelocated);
    ZHeap::heap()->relocate();
  }
}

看到這里大家有沒有疑問？似乎沒有回收動(dòng)作？實(shí)際上ZGC的回收在第6步中，也就是說轉(zhuǎn)移完成后可回收的區(qū)域/Page是在下一次GC周期回收的。為什么這么設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)單的說是為了效率，實(shí)際上ZGC中并沒有一個(gè)明確的階段回收Page，而是分散在不同的階段中，這也就是意味著每一次Page回收之后立即就可以被再次使用。
還有一個(gè)小問題，就是C4這個(gè)論文里面明確的提到Remap，上圖我們也看到。但上面的步驟中并沒有看到。實(shí)際上ZGC中Remap這個(gè)階段和第一步和第二步所覆蓋。那么Remap到底是做什么的？簡(jiǎn)單的說，當(dāng)被引用者對(duì)象發(fā)生了轉(zhuǎn)移，需要更新引用者的指針，以便能準(zhǔn)確的找到對(duì)象。ZGC中在每個(gè)Page中都設(shè)計(jì)了一個(gè)額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于保存對(duì)象轉(zhuǎn)移前后的地址關(guān)系，所以當(dāng)在對(duì)象被訪問的時(shí)候通過這個(gè)映射關(guān)系可以找到對(duì)象新的位置。那么ZGC為什么不設(shè)計(jì)Remap階段完成對(duì)象地址更新？原因其實(shí)也比較簡(jiǎn)單，在標(biāo)記的時(shí)候會(huì)遍歷所有的對(duì)象，在遍歷的同時(shí)如果發(fā)現(xiàn)對(duì)象已經(jīng)轉(zhuǎn)移則直接更新，所以ZGC典型的是通過額外的內(nèi)存來換取時(shí)間。

第一步初始標(biāo)記

初始標(biāo)記是需要STW，所以會(huì)通過VMThread的操作隊(duì)列。通過輔助類Closure，關(guān)鍵代碼是do_operation

class ZMarkStartClosure : public ZOperationClosure {
public:
  ...

  virtual bool do_operation() {
    ZStatTimer timer(ZPhasePauseMarkStart);
    ZServiceabilityMarkStartTracer tracer;

    // 是否啟動(dòng)軟引用的收集，在三種情況需要回收
    // 內(nèi)存已經(jīng)不太足了
    // GC的啟動(dòng)是外部出發(fā)的，_wb_full_gc，_metadata_GC_clear_soft_refs
    const bool clear = should_clear_soft_references();
    ZHeap::heap()->set_soft_reference_policy(clear);

    // 設(shè)置boost模式，什么是boost模式呢？簡(jiǎn)單的說當(dāng)ZGC發(fā)現(xiàn)內(nèi)存幾乎快被用光了，這個(gè)時(shí)候其實(shí)需要更多的GC線程工作加快回收速度
    // 這個(gè)boost模式為真的時(shí)候就說明需要加快，使用更多的GC線程。
    // 設(shè)置boost的后果就是根據(jù)并發(fā)線程數(shù)和并行線程數(shù)兩者大的數(shù)字作為后續(xù)并發(fā)和并行的線程數(shù)
    // 在四種情況需要boost
    // 內(nèi)存已經(jīng)不太足了
    // GC的啟動(dòng)是外部出發(fā)的，_wb_full_gc，_java_lang_system_gc，_metadata_GC_clear_soft_refs
    const bool boost = should_boost_worker_threads();
    ZHeap::heap()->set_boost_worker_threads(boost);

    //這里表示進(jìn)行的是Full GC，目前ZGC只有這一種方式
    ZCollectedHeap::heap()->increment_total_collections(true /* full */);
    //啟動(dòng)初始標(biāo)記
    ZHeap::heap()->mark_start();
    return true;
  }
};