2. ZGC 的处理
直接不处理，不支持通过 System.gc() 触发 GC。
参考源码：zDriver.cpp
void ZDriver::collect(GCCause::Cause cause) { switch (cause) { //注意这里的 _wb 开头的 GC 原因，这代表是 WhiteBox 触发的，后面我们会用到，这里先记一下 case GCCause::_wb_young_gc: case GCCause::_wb_conc_mark: case GCCause::_wb_full_gc: case GCCause::_dcmd_gc_run: case GCCause::_java_lang_system_gc: case GCCause::_full_gc_alot: case GCCause::_scavenge_alot: case GCCause::_jvmti_force_gc: case GCCause::_metadata_GC_clear_soft_refs: // Start synchronous GC _gc_cycle_port.send_sync(cause); break; case GCCause::_z_timer: case GCCause::_z_warmup: case GCCause::_z_allocation_rate: case GCCause::_z_allocation_stall: case GCCause::_z_proactive: case GCCause::_z_high_usage: case GCCause::_metadata_GC_threshold: // Start asynchronous GC _gc_cycle_port.send_async(cause); break; case GCCause::_gc_locker: // Restart VM operation previously blocked by the GC locker _gc_locker_port.signal(); break; case GCCause::_wb_breakpoint: ZBreakpoint::start_gc(); _gc_cycle_port.send_async(cause); break; //对于其他原因，不触发GC，GCCause::_java_lang_system_gc 会走到这里 default: // Other causes not supported fatal("Unsupported GC cause (%s)", GCCause::to_string(cause)); break; } }
3. Shenandoah GC 的处理
Shenandoah 的处理和 G1 GC 的类似，先判断是不是用户明确触发的 GC，然后通过 DisableExplicitGC 这个 JVM 参数判断是否可以 GC（其实这个是多余的，可以去掉，因为外层JVM_ENTRY_NO_ENV(void, JVM_GC(void))已经处理这个状态位了）。如果可以，则请求 GC，阻塞等待 GC 请求被处理。然后根据 ExplicitGCInvokesConcurrent 这个 JVM 参数决定是默认 GC （轻量并行 GC，YoungGC）还是 FullGC。
参考源码shenandoahControlThread.cpp
void ShenandoahControlThread::request_gc(GCCause::Cause cause) { assert(GCCause::is_user_requested_gc(cause) || GCCause::is_serviceability_requested_gc(cause) || cause == GCCause::_metadata_GC_clear_soft_refs || cause == GCCause::_full_gc_alot || cause == GCCause::_wb_full_gc || cause == GCCause::_scavenge_alot, "only requested GCs here"); //如果是显式GC（即如果是GCCause::_java_lang_system_gc，GCCause::_dcmd_gc_run，GCCause::_jvmti_force_gc，GCCause::_heap_inspection，GCCause::_heap_dump中的任何一个） if (is_explicit_gc(cause)) { //如果没有关闭显式GC，也就是 DisableExplicitGC 为 false if (!DisableExplicitGC) { //请求 GC handle_requested_gc(cause); } } else { handle_requested_gc(cause); } }
请求 GC 的代码流程是：
void ShenandoahControlThread::handle_requested_gc(GCCause::Cause cause) { MonitorLocker ml(&_gc_waiters_lock); //获取当前全局 GC id size_t current_gc_id = get_gc_id(); //因为要进行 GC ，所以将id + 1 size_t required_gc_id = current_gc_id + 1; //直到当前全局 GC id + 1 为止，代表 GC 执行了 while (current_gc_id < required_gc_id) { //设置 gc 状态位，会有其他线程扫描执行 gc _gc_requested.set(); //记录 gc 原因，根据不同原因有不同的处理策略，我们这里是 GCCause::_java_lang_system_gc _requested_gc_cause = cause; //等待 gc 锁对象 notify，代表 gc 被执行并完成 ml.wait(); current_gc_id = get_gc_id(); } }
对于GCCause::_java_lang_system_gc，GC 的执行流程大概是：
bool explicit_gc_requested = _gc_requested.is_set() && is_explicit_gc(_requested_gc_cause); //省略一些代码 else if (explicit_gc_requested) { cause = _requested_gc_cause; log_info(gc)("Trigger: Explicit GC request (%s)", GCCause::to_string(cause)); heuristics->record_requested_gc(); // 如果 JVM 参数 ExplicitGCInvokesConcurrent 为 true，则走默认轻量 GC if (ExplicitGCInvokesConcurrent) { policy->record_explicit_to_concurrent(); mode = default_mode; // Unload and clean up everything heap->set_unload_classes(heuristics->can_unload_classes()); } else { //否则，执行 FullGC policy->record_explicit_to_full(); mode = stw_full; } }
System.gc() 相关的 JVM 参数
1. DisableExplicitGC
说明：是否禁用显式 GC，默认是不禁用的。对于 Shenandoah GC，显式 GC 包括：GCCause::_java_lang_system_gc，GCCause::_dcmd_gc_run，GCCause::_jvmti_force_gc，GCCause::_heap_inspection，GCCause::_heap_dump，对于其他 GC，仅仅限制GCCause::_java_lang_system_gc
默认：false
举例：如果想禁用显式 GC：-XX:+DisableExplicitGC
2. ExplicitGCInvokesConcurrent
说明：对于显式 GC，是执行轻量并行 GC （YoungGC）还是 FullGC，如果为 true 则是执行轻量并行 GC （YoungGC），false 则是执行 FullGC
默认：false
举例：启用的话指定：-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent
其实，在设计上有人提出（参考链接）想将 ExplicitGCInvokesConcurrent 改为 true。但是目前并不是所有的 GC 都可以在轻量并行 GC 对 Java 所有内存区域进行回收，有些时候必须通过 FullGC。所以，目前这个参数还是默认为 false
3. 已过期的 ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloads 和使用 ClassUnloadingWithConcurrentMark 替代
如果显式 GC采用轻量并行 GC，那么无法执行 Class Unloading（类卸载），如果启用了类卸载功能，可能会有异常。所以通过这个状态位来标记在显式 GC时，即使采用轻量并行 GC，也要扫描进行类卸载。 ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloads目前已经过期了，用ClassUnloadingWithConcurrentMark替代
如何灵活可控的主动触发各种 GC？
答案是通过 WhiteBox API。但是这个不要在生产上面执行，仅仅用来测试 JVM 还有学习 JVM 使用。WhiteBox API 是 HotSpot VM 自带的白盒测试工具，将内部的很多核心机制的 API 暴露出来，用于白盒测试 JVM，压测 JVM 特性，以及辅助学习理解 JVM 并调优参数。WhiteBox API 是 Java 7 引入的，目前 Java 8 LTS 以及 Java 11 LTS（其实是 Java 9+ 以后的所有版本，这里只关心 LTS 版本，Java 9 引入了模块化所以 WhiteBox API 有所变化）都是有的。但是默认这个 API 并没有编译在 JDK 之中，但是他的实现是编译在了 JDK 里面了。所以如果想用这个 API，需要用户自己编译需要的 API，并加入 Java 的 BootClassPath 并启用 WhiteBox API。下面我们来用 WhiteBox API 来主动触发各种 GC。
1. 编译 WhiteBox API
将https://github.com/openjdk/jdk/tree/master/test/lib路径下的sun目录取出，编译成一个 jar 包，名字假设是 whitebox.jar
2. 编写测试程序
将 whitebox.jar 添加到你的项目依赖，之后写代码
public static void main(String[] args) throws Exception { WhiteBox whiteBox = WhiteBox.getWhiteBox(); //执行young GC whiteBox.youngGC(); System.out.println("---------------------------------"); whiteBox.fullGC(); //执行full GC whiteBox.fullGC(); //保持进程不退出，保证日志打印完整 Thread.currentThread().join(); }
3. 启动程序查看效果
使用启动参数 -Xbootclasspath/a:/home/project/whitebox.jar -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+WhiteBoxAPI -Xlog:gc 启动程序。其中前三个 Flag 表示启用 WhiteBox API，最后一个表示打印 GC info 级别的日志到控制台。
我的输出：
[0.036s][info][gc] Using G1 [0.048s][info][gc,init] Version: 17-internal+0-adhoc.Administrator.jdk (fastdebug) [0.048s][info][gc,init] CPUs: 16 total, 16 available [0.048s][info][gc,init] Memory: 16304M [0.048s][info][gc,init] Large Page Support: Disabled [0.048s][info][gc,init] NUMA Support: Disabled [0.048s][info][gc,init] Compressed Oops: Enabled (32-bit) [0.048s][info][gc,init] Heap Region Size: 1M [0.048s][info][gc,init] Heap Min Capacity: 512M [0.048s][info][gc,init] Heap Initial Capacity: 512M [0.048s][info][gc,init] Heap Max Capacity: 512M [0.048s][info][gc,init] Pre-touch: Disabled [0.048s][info][gc,init] Parallel Workers: 13 [0.048s][info][gc,init] Concurrent Workers: 3 [0.048s][info][gc,init] Concurrent Refinement Workers: 13 [0.048s][info][gc,init] Periodic GC: Disabled [0.049s][info][gc,metaspace] CDS disabled. [0.049s][info][gc,metaspace] Compressed class space mapped at: 0x0000000100000000-0x0000000140000000, reserved size: 1073741824 [0.049s][info][gc,metaspace] Narrow klass base: 0x0000000000000000, Narrow klass shift: 3, Narrow klass range: 0x140000000 [1.081s][info][gc,start ] GC(0) Pause Young (Normal) (WhiteBox Initiated Young GC) [1.082s][info][gc,task ] GC(0) Using 12 workers of 13 for evacuation [1.089s][info][gc,phases ] GC(0) Pre Evacuate Collection Set: 0.5ms [1.089s][info][gc,phases ] GC(0) Merge Heap Roots: 0.1ms [1.089s][info][gc,phases ] GC(0) Evacuate Collection Set: 3.4ms [1.089s][info][gc,phases ] GC(0) Post Evacuate Collection Set: 1.6ms [1.089s][info][gc,phases ] GC(0) Other: 1.3ms [1.089s][info][gc,heap ] GC(0) Eden regions: 8->0(23) [1.089s][info][gc,heap ] GC(0) Survivor regions: 0->2(4) [1.089s][info][gc,heap ] GC(0) Old regions: 0->0 [1.089s][info][gc,heap ] GC(0) Archive regions: 0->0 [1.089s][info][gc,heap ] GC(0) Humongous regions: 0->0 [1.089s][info][gc,metaspace] GC(0) Metaspace: 6891K(7104K)->6891K(7104K) NonClass: 6320K(6400K)->6320K(6400K) Class: 571K(704K)->571K(704K) [1.089s][info][gc ] GC(0) Pause Young (Normal) (WhiteBox Initiated Young GC) 7M->1M(512M) 7.864ms [1.089s][info][gc,cpu ] GC(0) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.01s --------------------------------- [1.091s][info][gc,task ] GC(1) Using 12 workers of 13 for full compaction [1.108s][info][gc,start ] GC(1) Pause Full (WhiteBox Initiated Full GC) [1.108s][info][gc,phases,start] GC(1) Phase 1: Mark live objects [1.117s][info][gc,phases ] GC(1) Phase 1: Mark live objects 8.409ms [1.117s][info][gc,phases,start] GC(1) Phase 2: Prepare for compaction [1.120s][info][gc,phases ] GC(1) Phase 2: Prepare for compaction 3.031ms [1.120s][info][gc,phases,start] GC(1) Phase 3: Adjust pointers [1.126s][info][gc,phases ] GC(1) Phase 3: Adjust pointers 5.806ms [1.126s][info][gc,phases,start] GC(1) Phase 4: Compact heap [1.190s][info][gc,phases ] GC(1) Phase 4: Compact heap 63.812ms [1.193s][info][gc,heap ] GC(1) Eden regions: 1->0(25) [1.193s][info][gc,heap ] GC(1) Survivor regions: 2->0(4) [1.193s][info][gc,heap ] GC(1) Old regions: 0->3 [1.193s][info][gc,heap ] GC(1) Archive regions: 0->0 [1.193s][info][gc,heap ] GC(1) Humongous regions: 0->0 [1.193s][info][gc,metaspace ] GC(1) Metaspace: 6895K(7104K)->6895K(7104K) NonClass: 6323K(6400K)->6323K(6400K) Class: 571K(704K)->571K(704K) [1.193s][info][gc ] GC(1) Pause Full (WhiteBox Initiated Full GC) 1M->0M(512M) 84.846ms [1.202s][info][gc,cpu ] GC(1) User=0.19s Sys=0.63s Real=0.11s
