1. 简介

GC回收周期大体如下图所示：

GC回收周期包括如下11个子阶段：

phase 1：初始标记，需要STW
phase 2：并发标记
phase 3：标记结束，需要STW
phase 4：并发处理软引用、弱引用
phase 5：并发重置Relocation Set
phase 6：并发销毁可回收页
phase 7：内存验证
phase 8：并发选择Relocation Set
phase 9：并发准备Relocation Set
phase 10：开始Relocate，STW
phase 11：并发Relocate

出于回收效率的考虑，remap过程放在下一个回收周期的并发标记子阶段进行。

2. 代码分析

2.1 入口

ZGC的入口在ZCollectedHeap collect方法

调用ZDriver的collect方法

zCollectedHeap.cpp

void ZCollectedHeap::collect(GCCause::Cause cause) {_driver->collect(cause);
}

根据传入的GCCause，判断使用同步消息还是异步消息。

ZGC自身的触发策略都使用异步消息，包括rule_timer、rule_warmup、rule_allocation_rate、rule_proactive
metaspace GC使用异步消息
其他情况使用同步消息

zDriver.cpp

void ZDriver::collect(GCCause::Cause cause) {switch (cause) {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::_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;default:// Other causes not supportedfatal("Unsupported GC cause (%s)", GCCause::to_string(cause));break;}
}

2.2 消息机制

ZGC使用ZMessagePort类传递消息，ZMessagePort内部使用了ZList队列。

zMessagePort.hpp

class ZMessagePort {
private:typedef ZMessageRequest<T> Request;Monitor        _monitor;bool           _has_message;T              _message;uint64_t       _seqnum;ZList<Request> _queue;public:ZMessagePort();void send_sync(T message);void send_async(T message);T receive();void ack();
};

同步消息逻辑如下：

首先构造request
request入队
通知消费者
如果是同步消息，需要等待request处理完

zMessagePort.inline.hpp

template <typename T>
inline void ZMessagePort<T>::send_sync(T message) {Request request;{// Enqueue messageMonitorLockerEx ml(&_monitor, Monitor::_no_safepoint_check_flag);request.initialize(message, _seqnum);_queue.insert_last(&request);ml.notify();}// Wait for completionrequest.wait();{// Guard deletion of underlying semaphore. This is a workaround for a// bug in sem_post() in glibc < 2.21, where it's not safe to destroy// the semaphore immediately after returning from sem_wait(). The// reason is that sem_post() can touch the semaphore after a waiting// thread have returned from sem_wait(). To avoid this race we are// forcing the waiting thread to acquire/release the lock held by the// posting thread. https://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12674MonitorLockerEx ml(&_monitor, Monitor::_no_safepoint_check_flag);}
}

消息消费者负责消费队列中的消息，如果是异步消息，则直接读取类变量_message。

zMessagePort.inline.hpp

template <typename T>
inline T ZMessagePort<T>::receive() {MonitorLockerEx ml(&_monitor, Monitor::_no_safepoint_check_flag);// Wait for messagewhile (!_has_message && _queue.is_empty()) {ml.wait(Monitor::_no_safepoint_check_flag);}// Increment request sequence number_seqnum++;if (!_has_message) {// Message available in the queue_message = _queue.first()->message();_has_message = true;}return _message;
}

2.3 开始gc cycle

ZDriver启动一个线程，死循环判断是否应该启动gc cycle

start_gc_cycle调用ZMessagePort的receive方法等待启动请求
调用run_gc_cycle方法，执行GC
执行GC后，调用end_gc_cycle，ACK启动请求

zDriver.cpp

void ZDriver::run_service() {// Main loopwhile (!should_terminate()) {const GCCause::Cause cause = start_gc_cycle();if (cause != GCCause::_no_gc) {run_gc_cycle(cause);end_gc_cycle();}}
}GCCause::Cause ZDriver::start_gc_cycle() {// Wait for GC requestreturn _gc_cycle_port.receive();
}void ZDriver::end_gc_cycle() {// Notify GC cycle completed_gc_cycle_port.ack();// Check for out of memory conditionZHeap::heap()->check_out_of_memory();
}

run_gc_cycle中，顺序执行GC的11个子阶段。

zDriver.cpp

void ZDriver::run_gc_cycle(GCCause::Cause cause) {ZDriverCycleScope scope(cause);// Phase 1: Pause Mark Start{ZMarkStartClosure cl;vm_operation(&cl);}// Phase 2: Concurrent Mark{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentMark);ZHeap::heap()->mark(true /* initial */);}// Phase 3: Pause Mark End{ZMarkEndClosure cl;while (!vm_operation(&cl)) {// Phase 3.5: Concurrent Mark ContinueZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentMarkContinue);ZHeap::heap()->mark(false /* initial */);}}// Phase 4: Concurrent Process Non-Strong References{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentProcessNonStrongReferences);ZHeap::heap()->process_non_strong_references();}// Phase 5: Concurrent Reset Relocation Set{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentResetRelocationSet);ZHeap::heap()->reset_relocation_set();}// Phase 6: Concurrent Destroy Detached Pages{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentDestroyDetachedPages);ZHeap::heap()->destroy_detached_pages();}// Phase 7: Pause Verifyif (VerifyBeforeGC || VerifyDuringGC || VerifyAfterGC) {ZVerifyClosure cl;vm_operation(&cl);}// Phase 8: Concurrent Select Relocation Set{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentSelectRelocationSet);ZHeap::heap()->select_relocation_set();}// Phase 9: Concurrent Prepare Relocation Set{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentPrepareRelocationSet);ZHeap::heap()->prepare_relocation_set();}// Phase 10: Pause Relocate Start{ZRelocateStartClosure cl;vm_operation(&cl);}// Phase 11: Concurrent Relocate{ZStatTimer timer(ZPhaseConcurrentRelocated);ZHeap::heap()->relocate();}
}

3. 引用

OpenJDK 12 源代码

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