1. 程式人生 > 實用技巧 >Hotpot 年輕代GC 原始碼分析

Hotpot 年輕代GC 原始碼分析

Hotspot為每一個代 都設定了 各自的 level,也就是等級,年輕代 level 一般為 0, 老年代 level 一般為 1。

在預設的年輕代(/vm/memory/defNewGeneration.cpp)下的實現:

defNewGeneration::collect 有如下重要呼叫點:

1. gch->gen_process_strong_roots(_level,
                                true,  // Process younger gens, if any,
                                       
// as strong roots. true, // activate StrongRootsScope false, // not collecting perm generation. SharedHeap::SO_AllClasses, &fsc_with_no_gc_barrier,
true, // walk *all* scavengable nmethods &fsc_with_gc_barrier);
  // "evacuate followers".
2. evacuate_followers.do_void();
3. rp->process_discovered_references(&is_alive, &keep_alive, &evacuate_followers,
                                    NULL);

重要的閉包:FastScanClosure :: do_oop_work :將 接收的引數是 T * (其實也就是 oop *) , 是指向 oop 的指標

oop 本身就是 oopDesc * 的縮寫,也就是 java 在 C++ 層面的物件的指標,所以修改 T* 指向的記憶體單元,就可以修改這個記憶體單元指向的oop,相當於修改物件的引用型別變數

入參的 do_barriar 如果為 true,則在處理 T* 時,需要將該引用指向的地址的卡表,設定為 younggen_card (未知作用)

概述:

1.gen_process_strong_roots

處理根節點引用的oop,包括Java方法堆疊,JNI方法堆疊,符號表等引用的物件

2.evacuate_followers

負責將 從年輕代promote到老年代的物件,使用 入參為 true 的 FastScanClosure 作為引數,呼叫這些物件的 oop_iterate, 也就是遍歷這些物件的引用型別

也就是遍歷這些物件的引用型別變數,如果年齡到閾值,則promote到老年代,否則複製到 to 區

3.處理Java提供的各種非強引用

1.gen_process_strong_roots

該方法的實現在GenCollectedHeap 中

// General strong roots.

  if (!do_code_roots) {
    SharedHeap::process_strong_roots(activate_scope, collecting_perm_gen, so,
                                     not_older_gens, NULL, older_gens);
  } else {
    bool do_code_marking = (activate_scope || nmethod::oops_do_marking_is_active());
    CodeBlobToOopClosure code_roots(not_older_gens, /*do_marking=*/ do_code_marking);
    SharedHeap::process_strong_roots(activate_scope, collecting_perm_gen, so,
                                     not_older_gens, &code_roots, older_gens);
  }

  if (younger_gens_as_roots) {
    if (!_gen_process_strong_tasks->is_task_claimed(GCH_PS_younger_gens)) {
      for (int i = 0; i < level; i++) {
        not_older_gens->set_generation(_gens[i]);
        _gens[i]->oop_iterate(not_older_gens);
      }
      not_older_gens->reset_generation();
    }
  }
  // When collection is parallel, all threads get to cooperate to do
  // older-gen scanning.
  for (int i = level+1; i < _n_gens; i++) {
    older_gens->set_generation(_gens[i]);
    rem_set()->younger_refs_iterate(_gens[i], older_gens);
    older_gens->reset_generation();
  }
    younger_refs_in_space_iterate
  _gen_process_strong_tasks->all_tasks_completed();

最重要的三個點是

1.process_strong_roots  對根節點使用某個特定的 closure,上文中是 not_older_gens,即不是針對老年代的 Clsoure

2.第一個迴圈的oop_iterate  倘若是老年代呼叫 gen_process_strong_roots ,則level是1,也就是會呼叫迴圈中的本 oop_iterate , 年輕代的level 是 0,所以不會呼叫。本oop_iterate是使用 not_older_gens 的 closure 去處理oop的引用型別

3.第二個迴圈的younger_refs_iterate  是用來遍歷髒卡表的,上面用的是 older_gens 去遍歷髒卡表對應區域引用的物件

1.process_strong_roots

void SharedHeap::process_strong_roots(bool activate_scope,
                                      bool collecting_perm_gen,
                                      ScanningOption so,
                                      OopClosure* roots,
                                      CodeBlobClosure* code_roots,
                                      OopsInGenClosure* perm_blk) {
  StrongRootsScope srs(this, activate_scope);
  // General strong roots.
  assert(_strong_roots_parity != 0, "must have called prologue code");
  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_Universe_oops_do)) {
    Universe::oops_do(roots);   //1
    ReferenceProcessor::oops_do(roots);
    // Consider perm-gen discovered lists to be strong.
    perm_gen()->ref_processor()->weak_oops_do(roots);
  }
  // Global (strong) JNI handles
  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_JNIHandles_oops_do))
    JNIHandles::oops_do(roots);  //2
  // All threads execute this; the individual threads are task groups.
  if (ParallelGCThreads > 0) {
    Threads::possibly_parallel_oops_do(roots, code_roots);
  } else {
    Threads::oops_do(roots, code_roots);  //3
  }
  if (!_process_strong_tasks-> is_task_claimed(SH_PS_ObjectSynchronizer_oops_do))
    ObjectSynchronizer::oops_do(roots);  //4
  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_FlatProfiler_oops_do))
    FlatProfiler::oops_do(roots);  //5
  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_Management_oops_do))
    Management::oops_do(roots);  //6
  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_jvmti_oops_do))
    JvmtiExport::oops_do(roots);  //7

  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_SystemDictionary_oops_do)) {
    if (so & SO_AllClasses) {
      SystemDictionary::oops_do(roots);  //8
    } else if (so & SO_SystemClasses) {
      SystemDictionary::always_strong_oops_do(roots);
    }
  }

  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_StringTable_oops_do)) {
    if (so & SO_Strings || (!collecting_perm_gen && !JavaObjectsInPerm)) {
      StringTable::oops_do(roots);  //9
    }
    if (JavaObjectsInPerm) {
      // Verify the string table contents are in the perm gen
      NOT_PRODUCT(StringTable::oops_do(&assert_is_perm_closure));
    }
  }

  if (!_process_strong_tasks->is_task_claimed(SH_PS_CodeCache_oops_do)) {
    if (so & SO_CodeCache) {
      // (Currently, CMSCollector uses this to do intermediate-strength collections.)
      assert(collecting_perm_gen, "scanning all of code cache");
      assert(code_roots != NULL, "must supply closure for code cache");
      if (code_roots != NULL) {
        CodeCache::blobs_do(code_roots);
      }
    } else if (so & (SO_SystemClasses|SO_AllClasses)) {
      if (!collecting_perm_gen) {
        // If we are collecting from class statics, but we are not going to
        // visit all of the CodeCache, collect from the non-perm roots if any.
        // This makes the code cache function temporarily as a source of strong
        // roots for oops, until the next major collection.
        //
        // If collecting_perm_gen is true, we require that this phase will call
        // CodeCache::do_unloading.  This will kill off nmethods with expired
        // weak references, such as stale invokedynamic targets.
        CodeCache::scavenge_root_nmethods_do(code_roots);
      }
    }
    // Verify that the code cache contents are not subject to
    // movement by a scavenging collection.
    DEBUG_ONLY(CodeBlobToOopClosure assert_code_is_non_scavengable(&assert_is_non_scavengable_closure, /*do_marking=*/ false));
    DEBUG_ONLY(CodeCache::asserted_non_scavengable_nmethods_do(&assert_code_is_non_scavengable));
  }

  if (!collecting_perm_gen) {
    // All threads perform this; coordination is handled internally.

    rem_set()->younger_refs_iterate(perm_gen(), perm_blk);
  }
  _process_strong_tasks->all_tasks_completed();
}

1.Universe : 某些全域性量持有的物件引用,比如:

  

mirror 是某個類靜態遍歷的集合,比如說有 Class A { static int a ; int b; static A c;}

那麼這個類的 mirror 就是 一個 12 位元組的 oop,其實只是 12 位元組的連續記憶體 區塊。其中存放了 4 位元組的 int 型別變數,8位元組的指標型別變數

上面這些 mirror 都是 java 提供的基礎型別 的類 的 靜態變數集合。每個集合 在 jvm 的 C++ 層面稱為 oopDesc 。 oop 是 oopDesc * , 即oopDesc 的指標

f 在當前語境下是 FastScanClosure,並且 處理 oop * 後不會把這個 oop * 的卡置為 youngercard,FastScanClosure的處理邏輯如下:把 oop * 的值引用的 oopDesc 複製到 to 或 老年代(年齡夠了的情況下)

注意 oop * 是 oopDesc 的指標的指標,也就是 oop * 是一個8位元組的記憶體地址,指向的地方的8位元組處是 oop,也是 一個 8 位元組的記憶體地址,指向的地方是一個 oopDesc

所以通過 f 修改 oop * 指向的記憶體區域,就是在修改某個 C++ 層面的類或結構(此處是 Universe)的指標域

關於 f :do_oop 會呼叫 do_oop_work

下面的邏輯是,如果物件沒有被複制到別的地方,也就是 forwardee 指標是空,就嘗試把物件複製到 to 區,或 promote 到 老年代

針對年輕代的 _gc_barrier 是 false

do_barrier 會把 oop * 在卡表中對應位元組(一個位元組代表一張卡)的值設定為youngercard

每種 generation 都有自己 copy_to_survivor_space 的實現,以下是預設年輕代的實現

oop DefNewGeneration::copy_to_survivor_space(oop old) {
  assert(is_in_reserved(old) && !old->is_forwarded(),
         "shouldn't be scavenging this oop");
  size_t s = old->size();
  oop obj = NULL;

  // Try allocating obj in to-space (unless too old)
  if (old->age() < tenuring_threshold()) {
    obj = (oop) to()->allocate(s);
  }

  // Otherwise try allocating obj tenured
  if (obj == NULL) {
    obj = _next_gen->promote(old, s);
    if (obj == NULL) {
      handle_promotion_failure(old);
      return old;
    }
  } else {
    // Prefetch beyond obj
    const intx interval = PrefetchCopyIntervalInBytes;
    Prefetch::write(obj, interval);

    // Copy obj
    Copy::aligned_disjoint_words((HeapWord*)old, (HeapWord*)obj, s);

    // Increment age if obj still in new generation
    obj->incr_age();
    age_table()->add(obj, s);
  }

  // Done, insert forward pointer to obj in this header
  old->forward_to(obj);

  return obj;
}

上面的1~9就是所謂的根節點,其中比較重要的幾個是 Universe,java執行緒棧中的oop ,jni持有的 oop

3.younger_refs_iterate

這個方法會遍歷髒卡表項對應記憶體區的物件的引用,而且是針對老年代的。

比如老年代有個物件 A 持有一個引用 b 指向 物件 B,實際上, A 和 B 都是 oopDesc,b 在 c ++ 層面就是一個 oop,也就是 oopDesc *

當 A 的 b 引用 指向了其他物件,也就是 A.b = xxx , 那麼 A 的 b 此時會指向 xxx 這個 oopDesc,此時 A 對應記憶體區的卡 就是一片髒卡,對應的卡表項就是髒的。

所以要用 f 處理 A, 在處理之前會把 A 的記憶體對應卡表項置位乾淨卡。f 的入參是 A 的各個 oop 的地址

比如 A 在 C ++ 層面的記憶體表示是: