簡(jiǎn)書(shū) 占小狼
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換了新工作，確實(shí)比以前忙多了，從而也擱置了自己興趣，不過(guò)還是想方設(shè)法的擠出一點(diǎn)時(shí)間把YGC的一些細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)重新看了幾遍，HotSpot里的不少代碼寫(xiě)的太糾結(jié)，山路十八彎，要理清楚確實(shí)需要費(fèi)點(diǎn)時(shí)間。
YGC是JVM GC當(dāng)前最為頻繁的一種GC，一個(gè)高并發(fā)的服務(wù)在運(yùn)行期間，會(huì)進(jìn)行大量的YGC，發(fā)生YGC時(shí)，會(huì)進(jìn)行STW，一般時(shí)間都很短，除非碰到Y(jié)GC時(shí)，存在大量的存活對(duì)象需要進(jìn)行拷貝。
一次YGC過(guò)程主要分成兩個(gè)步驟：
1、查找GC Roots，拷貝所引用的對(duì)象到 to 區(qū)；
2、遞歸遍歷步驟1中對(duì)象，并拷貝其所引用的對(duì)象到 to 區(qū)，當(dāng)然可能會(huì)存在自然晉升，或者因?yàn)?to 區(qū)空間不足引起的提前晉升的情況；
下面進(jìn)行分析的是Serial GC，ParNew GC可以理解成并發(fā)的Serial GC，實(shí)現(xiàn)原理都差不多，看源碼的話(huà)建議看Serial GC 的實(shí)現(xiàn)類(lèi)DefNewGeneration，畢竟單線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性會(huì)低一點(diǎn)，在DefNewGeneration中，會(huì)看到一些以 *-Closure 方式命名的類(lèi)，這些都是封裝起來(lái)的回調(diào)函數(shù)，是為了讓GC的具體邏輯與對(duì)象內(nèi)部的字段遍歷邏輯能夠松耦合，比如ScanClosure 與 FastScanClosure 作為回調(diào)函數(shù)傳入到各個(gè)方法中，實(shí)現(xiàn)GC實(shí)現(xiàn)的對(duì)象遍歷，正因?yàn)檫@種實(shí)現(xiàn)方式，大大增加了閱讀源碼的難度。
查找GC Roots
YGC的第一步根據(jù)GC Roots找出第一批活躍的對(duì)象，Hotspot中通過(guò)gch->gen_process_strong_roots方法實(shí)現(xiàn)
在黃色框的實(shí)現(xiàn)中，SharedHeap::process_strong_roots()掃描了所有一定是GC Roots的內(nèi)存區(qū)域，有興趣的可以查看process_strong_roots的實(shí)現(xiàn)，主要包括了以下東西：
- Universe類(lèi)中所引用的一些必須存活的對(duì)象
Universe::oops_do(roots) - 所有JNI Handles
JNIHandles::oops_do(roots) - 所有線(xiàn)程的棧
Threads::oops_do(roots, code_roots) - 所有被Synchronize鎖持有的對(duì)象
ObjectSynchronizer::oops_do(roots) - VM內(nèi)實(shí)現(xiàn)的MBean所持有的對(duì)象
Management::oops_do(roots) - JVMTI所持有的對(duì)象
JvmtiExport::oops_do(roots) - （可選）所有已加載的類(lèi) 或 所有已加載的系統(tǒng)類(lèi)
SystemDictionary::oops_do(roots) - （可選）所有駐留字符串（StringTable）
StringTable::oops_do(roots) - （可選）代碼緩存（CodeCache）
CodeCache::scavenge_root_nmethods_do(code_roots) - （可選）PermGen的remember set所記錄的存在跨代引用的區(qū)域
rem_set()->younger_refs_iterate(perm_gen(), perm_blk)
YGC在執(zhí)行時(shí)只收集young generation，不收集old generation和perm generation，并不會(huì)做類(lèi)的卸載行為，所以上述可選部分都作為Strong root，但是在FGC時(shí)就不會(huì)當(dāng)作Strong root了。
紅色框中的實(shí)現(xiàn)邏輯對(duì)于YGC來(lái)說(shuō)是沒(méi)有意義的，因?yàn)閘evel=0，Hotspot中唯一用到這個(gè)地方的只有CMS GC實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)只收集old generation，所以需要掃描young generation作為它的Strong root。
講到這里，似乎有一部分被忽略了，如果一個(gè)old generation的對(duì)象引用了young generation，那么這個(gè)old generation的對(duì)象肯定也屬于Strong root的一部分，這部分邏輯并沒(méi)有在process_strong_roots中實(shí)現(xiàn)，而是在綠色框中實(shí)現(xiàn)了，其中rem_set中保存了old generation中dirty card的對(duì)應(yīng)區(qū)域，每次對(duì)象的拷貝移動(dòng)都會(huì)檢查一下是否產(chǎn)生了新的跨代引用，比如有對(duì)象晉升到了old generation，而該對(duì)象還引用了young generation的對(duì)象，這種情況下會(huì)把相應(yīng)的card置為dirty，下次YGC的時(shí)候只會(huì)掃描dirty card所指內(nèi)存的對(duì)象，避免掃描所有的old generation對(duì)象。
遍歷活躍對(duì)象
在查找GC Roots的步驟中，已經(jīng)找出了第一批存活的對(duì)象，這些存活對(duì)象可能在 to-space，也有可能直接晉升到了 old generation，這些區(qū)域都是需要進(jìn)行遍歷的，保證所有的活躍對(duì)象都能存活下來(lái)。
遍歷過(guò)程的實(shí)現(xiàn)由FastEvacuateFollowersClosure類(lèi)的do_void方法完成，這又是一個(gè)*-Closure 方式命名的類(lèi)，實(shí)現(xiàn)如下
每個(gè)內(nèi)存區(qū)域都有兩個(gè)指針變量，分別是 _saved_mark_word 和 _top，其中_saved_mark_word 指向當(dāng)前遍歷對(duì)象的位置，_top指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)域可分配的位置，其中_saved_mark_word 到 _top之間的對(duì)象是已拷貝，但未掃描的對(duì)象。
GC Roots引用的對(duì)象拷貝完成后，to-space的_saved_mark_word和_top的狀態(tài)如上圖所示，假設(shè)期間沒(méi)有對(duì)象晉升到old generation。每次掃描一個(gè)對(duì)象，_saved_mark_word會(huì)往前移動(dòng)，期間也有新的對(duì)象會(huì)被拷貝到to-space，_top也會(huì)往前移動(dòng)，直到_saved_mark_word追上_top，說(shuō)明to-space的對(duì)象都已經(jīng)遍歷完成。
其中while循環(huán)條件 while (!_gch->no_allocs_since_save_marks(_level)，就是在判斷各個(gè)內(nèi)存代中的_saved_mark_word是否已經(jīng)追到_top，如果還沒(méi)有追上，就執(zhí)行_gch->oop_since_save_marks_iterate進(jìn)行遍歷，實(shí)現(xiàn)如下：
從代碼實(shí)現(xiàn)可以看出對(duì)新生代、老年代和永久代都會(huì)進(jìn)行遍歷，其中新生代的遍歷實(shí)現(xiàn)如下：
這里會(huì)對(duì)eden、from和to分別進(jìn)行遍歷，第一次看這塊邏輯的時(shí)候很納悶，為什么要對(duì)eden和from-space進(jìn)行遍歷，from倒沒(méi)什么問(wèn)題，_saved_mark_word和_top一般都是相同的，但是eden區(qū)的_saved_mark_word明顯不會(huì)等于_top，一直沒(méi)有找到在eden區(qū)分配對(duì)象時(shí)，改變_top的同時(shí)也改變_saved_mark_word的邏輯，后來(lái)發(fā)現(xiàn)GenCollectedHeap::do_collection方法中，在調(diào)用各個(gè)代的collect之前，會(huì)調(diào)用save_marks()方法，將_saved_mark_word設(shè)置為_(kāi)top，這樣在發(fā)生YGC時(shí)，eden區(qū)的對(duì)象其實(shí)是不會(huì)被遍歷的，被這個(gè)疑惑困擾了好久，結(jié)果是個(gè)遺留代碼。
to-space對(duì)象的遍歷實(shí)現(xiàn)：
這里的blk變量是傳遞過(guò)來(lái)的FastScanClosure回調(diào)函數(shù)，oop_iterate方法會(huì)遍歷該對(duì)象的所有引用，并調(diào)用回調(diào)函數(shù)的do_oop_work方法處理這里引用所指向的對(duì)象。
do_oop_work的實(shí)現(xiàn)
在FastScanClosure回調(diào)函數(shù)的do_oop_work方法實(shí)現(xiàn)中，紅框的是重要的部分，因?yàn)榭赡艽嬖诙鄠€(gè)對(duì)象共同引用一個(gè)對(duì)象，所以在遍歷過(guò)程中，可能會(huì)遇到已經(jīng)處理過(guò)的對(duì)象，如果遇到這樣的對(duì)象，就不會(huì)再次進(jìn)行復(fù)制了，如果該對(duì)象沒(méi)有被拷貝過(guò)，則調(diào)用 copy_to_survivor_space 方法拷貝對(duì)象到to-space或者晉升到old generation，這里提一下ParNew的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭遣l(fā)執(zhí)行的，所以可能存在多個(gè)線(xiàn)程拷貝了同一個(gè)對(duì)象到to-space，不過(guò)通過(guò)原子操作，保證了只有一個(gè)對(duì)象是有效的。
copy_to_survivor_space 的實(shí)現(xiàn)：
拷貝對(duì)象的目標(biāo)空間不一定是to-space，也有可能是old generation，如果一個(gè)對(duì)象經(jīng)歷了很多次YGC，會(huì)從young generation直接晉升到old generation，為了記錄對(duì)象經(jīng)歷的YGC次數(shù)，在對(duì)象頭的mark word 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有一個(gè)位置記錄著對(duì)象的YGC次數(shù)，也叫對(duì)象的年齡，如果掃描到的對(duì)象，其年齡小于某個(gè)閾值（tenuring threshold），該對(duì)象會(huì)被拷貝到to-space，并增加該對(duì)象的年齡，同時(shí)to-space的_top指針也會(huì)往后移動(dòng)，這個(gè)新對(duì)象等待著被掃描。
個(gè)人公眾號(hào)
如果該對(duì)象的年齡大于某個(gè)閾值，會(huì)晉升到old generation，或者在拷貝到to-space時(shí)空間不足，也會(huì)提前晉升到old generation，晉升過(guò)程通過(guò)老年代_next_gen的promote方法實(shí)現(xiàn)，如果old generation也沒(méi)有足夠的空間容納該對(duì)象，則會(huì)觸發(fā)晉升失敗。
