JVM入門之關(guān)于GC的擴(kuò)展知識(shí)2

5.一個(gè)"小Bug":線程如果不執(zhí)行呢？

上面說到過現(xiàn)在虛擬機(jī)采用的幾乎都是主動(dòng)式中斷來中斷線程，而其實(shí)現(xiàn)又是通過 「線程執(zhí)行過程中不斷輪詢標(biāo)志位」 產(chǎn)生自陷異常信號(hào)在異常處理表中進(jìn)行中斷線程，

大家有沒有發(fā)現(xiàn)有個(gè)小bug：如果我輪詢的操作一直得不到執(zhí)行呢？這個(gè)時(shí)候我又該如何讓虛擬機(jī)進(jìn)入垃圾回收狀態(tài)。

其實(shí)不一定都需要進(jìn)行中斷線程來保證，回想下STW是為什么：因?yàn)槿绻@個(gè)時(shí)候用戶線程還在執(zhí)行的話內(nèi)存中的引用關(guān)系可能會(huì)發(fā)生變化，所以才需要進(jìn)行STW。如果一個(gè)線程沒有得到CPU時(shí)間片執(zhí)行（java中的線程對(duì)應(yīng)于操作系統(tǒng)的線程，對(duì)應(yīng)關(guān)系也可以找筆者之前的關(guān)于SignCatcher對(duì)線程的理解進(jìn)行查閱），但是我可以確保其中一部分代碼區(qū)域是不會(huì)改變內(nèi)存引用關(guān)系的，這樣也可以不用管這些線程。

引入Safe Region（安全區(qū)域）解決

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“安全區(qū)域：這部分代碼不會(huì)使內(nèi)存中的引用關(guān)系發(fā)生變化”，因此只要進(jìn)入了安全區(qū)域，虛擬機(jī)就不會(huì)管這些線程。當(dāng)線程離開安全區(qū)域后，如果這個(gè)時(shí)候引用鏈還沒有形成（也就是通過GC Roots遍歷堆內(nèi)存）那么是不能離開的，一直等待直至引用鏈形成（或者完成了垃圾回收器需要暫停用戶線程的階段）收到信號(hào)為止。

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6. GC Roots會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)而增加嗎？

基礎(chǔ)知識(shí)介紹

根據(jù)堆中的不同區(qū)域（分代設(shè)計(jì)）和回收內(nèi)存空間來判定分為不同的GC名稱：局部回收：Minor GC，MajorGC，..... 整個(gè)內(nèi)存回收：Full GC

如果存在“跨代引用”（最典型的比如老年代對(duì)象引用年輕代對(duì)象），比如發(fā)生Minor GC時(shí)，只遍歷普通的GC Roots對(duì)象其實(shí)結(jié)果并不準(zhǔn)確（ 「某些對(duì)象雖然本身不屬于GC Roots但是隨著經(jīng)歷的GC次數(shù)變多成為老年代對(duì)象」 ），如果這個(gè)時(shí)候?qū)⑦@個(gè)引用的年輕代對(duì)象標(biāo)記為垃圾清除后，老年代中的對(duì)象就會(huì)有問題，所以引用鏈形成的過程中還需要 「遍歷整個(gè)老年代來保證結(jié)果準(zhǔn)確」 。

CPU的緩存行技術(shù)及偽共享解決方案

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記憶集

跨域可以理解為跨內(nèi)存訪問或者訪問其他分代里面的內(nèi)存

上面遍歷整個(gè)老年代這個(gè)過程聽起來就很耗時(shí)哈哈，事實(shí)也確實(shí)如此。那么我們可以引入這么一個(gè)概念：如果你引用了其他內(nèi)存里面的對(duì)象那么我把你存放到其他內(nèi)存里面的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面，之后其他內(nèi)存回收的時(shí)候只需要把之前添加到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面的對(duì)象加入到GC Roots中即可。

我們優(yōu)化一下： 「每個(gè)不同的分代中都存著一個(gè)數(shù)組」 ，這個(gè)數(shù)組中對(duì)堆內(nèi)存進(jìn)行一個(gè)映射， 我數(shù)組中的每一小塊對(duì)應(yīng)的元素是分代中固定大小的內(nèi)存（比如我第一個(gè)數(shù)組下標(biāo)表示我引用的是0到100，第二個(gè)數(shù)組下標(biāo)表示引用的是100-200以此類推）。 「當(dāng)我第一個(gè)數(shù)組下標(biāo)對(duì)應(yīng)內(nèi)存跨域引用了其他分代中的內(nèi)存，我將把第一個(gè)數(shù)組下標(biāo)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存的元素值標(biāo)識(shí)為1代表臟（Dirty）」 ，沒有則為0。當(dāng)垃圾回收時(shí)，我就知道哪部分內(nèi)存是跨代引用并將他們加入到GC Roots進(jìn)行掃描（將數(shù)組中元素為1對(duì)應(yīng)的內(nèi)存對(duì)象加入GC Roots中）。

根據(jù)我映射的內(nèi)存大小精度又可以進(jìn)行細(xì)分：1.字長(zhǎng)精度：只記錄一個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)（處理器的尋址位數(shù)）該字包含跨代指針

2.對(duì)象精度：記錄一個(gè)對(duì)象（對(duì)象字段中含有跨代指針）

3.卡精度：記錄一塊內(nèi)存區(qū)域（該區(qū)域有對(duì)象包含跨代指針）

最常用的精度

采用“卡精度”的記憶集是通過“卡表”這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。

使用精度為卡，這個(gè)記憶集的實(shí)現(xiàn)方式也被稱為 「卡表」 ，卡表中其實(shí)是字節(jié)數(shù)組結(jié)構(gòu)，每個(gè)數(shù)組中的元素都對(duì)應(yīng)一部分指定大小內(nèi)存塊，這部分內(nèi)存被稱作 「卡頁(yè)」 ，當(dāng)卡頁(yè)中的內(nèi)存塊中引用了其他的內(nèi)存塊中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象，就會(huì)將卡頁(yè)中的元素值變?yōu)橐弧Ｗ優(yōu)橐坏木褪桥K數(shù)據(jù)，收集時(shí)講這部分內(nèi)存加入到gc roots中。也就是這樣的：

可能出現(xiàn)的問題

一， 「何時(shí)進(jìn)行更新卡表？」 先看我這張圖哈哈，字不好看，但是大致意思是差不多的。

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我在寫后屏障中進(jìn)行更新卡表就可以保證我的卡表記錄是正確的。

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二， 「“偽共享引起的問題”」 上面剛剛講過CPU的緩存行技術(shù)，簡(jiǎn)單來說就是如果兩個(gè)線程中兩個(gè)獨(dú)立的變量在同一塊緩存行中，那么不管是哪個(gè)線程修改，另外一個(gè)線程都需要重新從主存中讀取，而設(shè)置緩存行就是為了加快讀取效率，所以這樣勢(shì)必會(huì)降低效率。

想想剛剛我們記憶集處理方式，如果卡頁(yè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存中發(fā)生跨代引用，那么就會(huì)對(duì)卡表進(jìn)行更新；上面說的“偽共享”也會(huì)在這里出現(xiàn)而且影響性能，比如： 「一個(gè)緩存行六十四個(gè)字節(jié)；一個(gè)卡表中的一個(gè)元素是一個(gè)字節(jié)，每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的一個(gè)卡頁(yè)存儲(chǔ)的是512字節(jié)，也就是一個(gè)卡表中64個(gè)元素在一個(gè)緩存行，而這64個(gè)元素對(duì)應(yīng)的總卡頁(yè)內(nèi)存為32KB（64 X 512字節(jié)）」 ，如果兩個(gè)線程中的變量分配到了這部分內(nèi)存中，之后變量發(fā)生跨代引用更新卡表元素時(shí)就會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)線程的緩存行失效而從主存中去拿。所以應(yīng)該減少更新卡表這個(gè)操作，如果已經(jīng)更新過臟數(shù)據(jù)了就不需要進(jìn)行更新卡表了。