概述

JVM的GC一般情況下是JVM本身根據(jù)一定的條件觸發(fā)的，不過我們還是可以做一些人為的觸發(fā)，比如通過jvmti做強(qiáng)制GC，通過System.gc觸發(fā)，還可以通過jmap來觸發(fā)等，針對(duì)每個(gè)場(chǎng)景其實(shí)我們都可以寫篇文章來做一個(gè)介紹，本文重點(diǎn)介紹下System.gc的原理

或許大家已經(jīng)知道如下相關(guān)的知識(shí)

• system.gc其實(shí)是做一次full gc
• system.gc會(huì)暫停整個(gè)進(jìn)程
• system.gc一般情況下我們要禁掉，使用-XX:+DisableExplicitGC
• system.gc在cms gc下我們通過-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent來做一次稍微高效點(diǎn)的GC(效果比Full GC要好些)
• system.gc最常見的場(chǎng)景是RMI/NIO下的堆外內(nèi)存分配等

如果你已經(jīng)知道上面這些了其實(shí)也說明你對(duì)System.gc有過一定的了解，至少踩過一些坑，但是你是否更深層次地了解過它，比如

• 為什么CMS GC下-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent這個(gè)參數(shù)加了之后會(huì)比真正的Full GC好？
• 它如何做到暫停整個(gè)進(jìn)程？
• 堆外內(nèi)存分配為什么有時(shí)候要配合System.gc？

如果你上面這些疑惑也都知道，那說明你很懂System.gc了，那么接下來的文字你可以不用看啦

JDK里的System.gc的實(shí)現(xiàn)

先貼段代碼吧（java.lang.System）

/**
 * Runs the garbage collector.
 * <p>
 * Calling the <code>gc</code> method suggests that the Java Virtual
 * Machine expend effort toward recycling unused objects in order to
 * make the memory they currently occupy available for quick reuse.
 * When control returns from the method call, the Java Virtual
 * Machine has made a best effort to reclaim space from all discarded
 * objects.
 * <p>
 * The call <code>System.gc()</code> is effectively equivalent to the
 * call:
 * <blockquote><pre>
 * Runtime.getRuntime().gc()
 * </pre></blockquote>
 *
 * @see     java.lang.Runtime#gc()
 */
public static void gc() {
    Runtime.getRuntime().gc();
}

發(fā)現(xiàn)主要調(diào)用的是Runtime里的gc方法（java.lang.Runtime）

/**
 * Runs the garbage collector.
 * Calling this method suggests that the Java virtual machine expend
 * effort toward recycling unused objects in order to make the memory
 * they currently occupy available for quick reuse. When control
 * returns from the method call, the virtual machine has made
 * its best effort to recycle all discarded objects.
 * <p>
 * The name <code>gc</code> stands for "garbage
 * collector". The virtual machine performs this recycling
 * process automatically as needed, in a separate thread, even if the
 * <code>gc</code> method is not invoked explicitly.
 * <p>
 * The method {@link System#gc()} is the conventional and convenient
 * means of invoking this method.
 */
public native void gc();

這里看到gc方法是native的，在java層面只能到此結(jié)束了，代碼只有這么多，要了解更多，可以看方法上面的注釋，不過我們需要更深層次地來了解其實(shí)現(xiàn)，那還是準(zhǔn)備好進(jìn)入到j(luò)vm里去看看

Hotspot里System.gc的實(shí)現(xiàn)

如何找到native里的實(shí)現(xiàn)

上面提到了Runtime.gc是一個(gè)本地方法，那需要先在jvm里找到對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，這里稍微提一下jvm里native方法最常見的也是最簡(jiǎn)單的查找，jdk里一般含有native方法的類，一般都會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的c文件，比如上面的java.lang.Runtime這個(gè)類，會(huì)有一個(gè)Runtime.c的文件和它對(duì)應(yīng)，native方法的具體實(shí)現(xiàn)都在里面了，如果你有source，可能會(huì)猜到和下面的方法對(duì)應(yīng)

JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_Runtime_gc(JNIEnv *env, jobject this)
{
    JVM_GC();
}

其實(shí)沒錯(cuò)的，就是這個(gè)方法，jvm要查找到這個(gè)native方法其實(shí)很簡(jiǎn)單的，看方法名可能也猜到規(guī)則了，Java_pkgName_className_methodName，其中pkgName里的".“替換成”_“，這樣就能找到了，當(dāng)然規(guī)則不僅僅只有這么一個(gè)，還有其他的，這里不細(xì)說了，有機(jī)會(huì)寫篇文章詳細(xì)介紹下其中細(xì)節(jié)

DisableExplicitGC參數(shù)

上面的方法里是調(diào)用JVM_GC()，實(shí)現(xiàn)如下

JVM_ENTRY_NO_ENV(void, JVM_GC(void))
  JVMWrapper("JVM_GC");
  if (!DisableExplicitGC) {
    Universe::heap()->collect(GCCause::_java_lang_system_gc);
  }
JVM_END

看到這里我們已經(jīng)解釋其中一個(gè)疑惑了，就是DisableExplicitGC這個(gè)參數(shù)是在哪里生效的，起的什么作用，如果這個(gè)參數(shù)設(shè)置為true的話，那么將直接跳過下面的邏輯，我們通過-XX:+ DisableExplicitGC就是將這個(gè)屬性設(shè)置為true，而這個(gè)屬性默認(rèn)情況下是true還是false呢

product(bool, DisableExplicitGC, false,                                   
          "Tells whether calling System.gc() does a full GC")    

ExplicitGCInvokesConcurrent參數(shù)

這里主要針對(duì)CMSGC下來做分析，所以我們上面看到調(diào)用了heap的collect方法，我們找到對(duì)應(yīng)的邏輯

void GenCollectedHeap::collect(GCCause::Cause cause) {
  if (should_do_concurrent_full_gc(cause)) {
#ifndef SERIALGC
    // mostly concurrent full collection
    collect_mostly_concurrent(cause);
#else  // SERIALGC
    ShouldNotReachHere();
#endif // SERIALGC
  } else {
#ifdef ASSERT
    if (cause == GCCause::_scavenge_alot) {
      // minor collection only
      collect(cause, 0);
    } else {
      // Stop-the-world full collection
      collect(cause, n_gens() - 1);
    }
#else
    // Stop-the-world full collection
    collect(cause, n_gens() - 1);
#endif
  }
}

bool GenCollectedHeap::should_do_concurrent_full_gc(GCCause::Cause cause) {
  return UseConcMarkSweepGC &&
         ((cause == GCCause::_gc_locker && GCLockerInvokesConcurrent) ||
          (cause == GCCause::_java_lang_system_gc && ExplicitGCInvokesConcurrent));
}

collect里一開頭就有個(gè)判斷，如果should_do_concurrent_full_gc返回true，那會(huì)執(zhí)行collect_mostly_concurrent做并行的回收

其中should_do_concurrent_full_gc中的邏輯是如果使用CMS GC，并且是system gc且ExplicitGCInvokesConcurrent==true，那就做并行full gc，當(dāng)我們?cè)O(shè)置-XX:+ ExplicitGCInvokesConcurrent的時(shí)候，就意味著應(yīng)該做并行Full GC了，不過要注意千萬不要設(shè)置-XX:+DisableExplicitGC，不然走不到這個(gè)邏輯里來了

并行Full GC相對(duì)正常的Full GC效率高在哪里

stop the world

說到GC，這里要先提到VMThread，在jvm里有這么一個(gè)線程不斷輪詢它的隊(duì)列，這個(gè)隊(duì)列里主要是存一些VM_operation的動(dòng)作，比如最常見的就是內(nèi)存分配失敗要求做GC操作的請(qǐng)求等，在對(duì)gc這些操作執(zhí)行的時(shí)候會(huì)先將其他業(yè)務(wù)線程都進(jìn)入到安全點(diǎn)，也就是這些線程從此不再執(zhí)行任何字節(jié)碼指令，只有當(dāng)出了安全點(diǎn)的時(shí)候才讓他們繼續(xù)執(zhí)行原來的指令，因此這其實(shí)就是我們說的stop the world(STW)，整個(gè)進(jìn)程相當(dāng)于靜止了

CMS GC

這里必須提到CMS GC，因?yàn)檫@是解釋并行Full GC和正常Full GC的關(guān)鍵所在，CMS GC我們分為兩種模式background和foreground，其中background顧名思義是在后臺(tái)做的，也就是可以不影響正常的業(yè)務(wù)線程跑，觸發(fā)條件比如說old的內(nèi)存占比超過多少的時(shí)候就可能觸發(fā)一次background式的cms gc，這個(gè)過程會(huì)經(jīng)歷CMS GC的所有階段，該暫停的暫停，該并行的并行，效率相對(duì)來說還比較高，畢竟有和業(yè)務(wù)線程并行的gc階段；而foreground則不然，它發(fā)生的場(chǎng)景比如業(yè)務(wù)線程請(qǐng)求分配內(nèi)存，但是內(nèi)存不夠了，于是可能觸發(fā)一次cms gc，這個(gè)過程就必須是要等內(nèi)存分配到了線程才能繼續(xù)往下面走的，因此整個(gè)過程必須是STW的，因此CMS GC整個(gè)過程都是暫停應(yīng)用的，但是為了提高效率，它并不是每個(gè)階段都會(huì)走的，只走其中一些階段，這些省下來的階段主要是并行階段，Precleaning、AbortablePreclean，Resizing這幾個(gè)階段都不會(huì)經(jīng)歷，其中sweep階段是同步的，但不管怎么說如果走了類似foreground的cms gc，那么整個(gè)過程業(yè)務(wù)線程都是不可用的，效率會(huì)影響挺大。CMS GC具體的過程后面再寫文章詳細(xì)說，其過程確實(shí)非常復(fù)雜的

正常的Full GC

正常的Full GC其實(shí)是整個(gè)gc過程包括ygc和cms gc(這里說的是真正意義上的Full GC，還有些場(chǎng)景雖然調(diào)用Full GC的接口，但是并不會(huì)都做，有些時(shí)候只做ygc，有些時(shí)候只做cms gc)都是由VMThread來執(zhí)行的，因此整個(gè)時(shí)間是ygc+cms gc的時(shí)間之和，其中CMS GC是上面提到的foreground式的，因此整個(gè)過程會(huì)比較長(zhǎng)，也是我們要避免的

并行的Full GC

并行Full GC也通樣會(huì)做YGC和CMS GC，但是效率高就搞在CMS GC是走的background的，整個(gè)暫停的過程主要是YGC+CMS_initMark+CMS_remark幾個(gè)階段

堆外內(nèi)存常配合使用System GC

這里說的堆外內(nèi)存主要針對(duì)java.nio.DirectByteBuffer，這些對(duì)象的創(chuàng)建過程會(huì)通過Unsafe接口直接通過os::malloc來分配內(nèi)存，然后將內(nèi)存的起始地址和大小存到j(luò)ava.nio.DirectByteBuffer對(duì)象里，這樣就可以直接操作這些內(nèi)存。這些內(nèi)存只有在DirectByteBuffer回收掉之后才有機(jī)會(huì)被回收，因此如果這些對(duì)象大部分都移到了old，但是一直沒有觸發(fā)CMS GC或者Full GC，那么悲劇將會(huì)發(fā)生，因?yàn)槟愕奈锢韮?nèi)存被他們耗盡了，因此為了避免這種悲劇的發(fā)生，通過-XX:MaxDirectMemorySize來指定最大的堆外內(nèi)存大小，當(dāng)使用達(dá)到了閾值的時(shí)候?qū)⒄{(diào)用System.gc來做一次full gc，以此來回收掉沒有被使用的堆外內(nèi)存。

具體堆外內(nèi)存是如何回收的，其原理機(jī)制又是怎樣的，后面文章會(huì)詳細(xì)寫出，請(qǐng)大家持續(xù)關(guān)注腳本之家~

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