终于拿到了深入Java虚拟机：JVMG1GC的算法与实现文档

Posted 2021-06-09 程序员高级码农

垃圾回收这门技术有许多谜团。很多程序员不太了解GC程序的运行原理，因此有时它也被称为“秘技”或“魔法”。

本文的算法篇比原始论文更加详细地介绍了G1GC 的算法原理，对于我以前理解起来比较困难的地方，还特意进行了详细的说明，因此内容要比原始论文易于理解。即使是不太了解 GC 的读者，理解起来应该也没有什么问题。

在实现篇中，我们将结合实用 JVM，聚焦算法篇中没有详细讲解的实现部分。

首先，我们会了解 HotSpotVM。现在，HotSpotVM 实现了包括 G1GC在内的5种GC算法。不过这些算法并非凭空而来，而是基于HotSpotVM 中专为 GC 算法设计的框架实现的。因此，接着我们就会了解作为框架之一的对象管理功能。得益于对象管理功能的接口，多种GC 算法之间的切换成为可能，而且新 GC 算法的添加也变得更加简单。之后，我们会了解对象的数据结构和内存分配器。有关分配器的讲解会稍微涉及对操作系统的调用。

除此以外，我们还将了解 G1GC 中用到的线程管理方法。HotSpotVM 内部同样也有能够在 GC 过程中简单地操作线程的框架，各种 GC 算法都是通过这个框架来实现并行 GC 和并发 GC 的。

再后面就是 G1GC 的具体实现，讲解了 G1GC 的并发标记和转移，以及调度程序的实现。这部分尽量省略了算法篇中已经详细讲解过的内容，着重讲解前面没有涉及的内容。

本文将从目录、主要内容和适合读者阅读三部分给大家做介绍，因为内容过多不能一一给大家展现出来，只能把部分知识点拿出来给大家介绍，希望大家能够喜欢！

目录

主要内容

本文包含算法篇和实现篇两部分，又分为20章的内容给大家深入剖析java虚拟机。

第1章G1GC是什么；本章将介绍 G1GC 的基础知识。

第2章并发标记；本章将详细介绍并发标记。并发标记的主要作用是提供转移过程所需要的信息。

第3章转移；本章将介绍实际进行 GC 的转移功能。

第4章软实时性；本章将介绍 G1GC 是如何实现软实时性的。

第5章分代G1GC模式；G1GC 中存在“纯 G1GC 模式”（pure garbage-first mode）和“分代 G1GC模式”（generational garbage-first mode）两种模式。前面介绍的内容都是关于纯 G1GC 模式的。本章，我们将介绍分代 G1GC 模式。

第6章算法篇总结；本章将总结一下前面介绍的 GC 相关处理之间的关系，然后介绍一下G1GC 的优缺点。

实现篇

第7章准备工作；

第8章对象管理功能；在 HotSpotVM 中，我们可以自主选择使用哪种 GC 算法——只要在Java 的启动选项中像“-XX:+UseParalleGC”这样指定即可。不同 GC 算法所管理的堆的布局并不相同。当然，这些 GC 算法自身也不同。本文将 HotSpotVM 的堆和 GC 统称为对象管理功能。本章我们将从整体上来看一看对象管理功能。

第9章堆结构；本章讲解 G1GC 的 VM 堆结构。

第10章分配器；本章将讲解 HotSpotVM 中的内存分配器。

第11章对象结构；本章，我们来看一看在 VM 堆上分配的对象的数据结构。这些被分配的对象当然就是 GC 的回收对象了。

第12章HotSpotVM的线程管理；在接下来的几章中，我们将学习 HotSpotVM 的线程管理。我在算法篇中讲过，G1GC 是一种结合了并行 GC 和并发 GC 的 GC 算法。并行 GC和并发 GC 是通过它们各自的线程实现的，因此如何管理多线程是实现中的重点。

本章将介绍 HotSpotVM 的线程管理中接近操作系统的底层部分。

第13章线程的互斥处理；本章将讲解在访问线程间共享资源时所进行的互斥处理。由于在进行GC 的线程间，对象是被当作共享资源的，所以在很多情况下需要进行互斥处理。

第14章GC线程(并行篇)；本章将讲解使用多个在 HotSpotVM 中实现的线程并行地执行任务的框架，看一看并行 GC 是如何使用该框架的。

第15章GC线程(并发篇)；本章将简要地讲解并发 GC 中用到的线程，与大家一起来看一看HotSpotVM 是如何控制线程，与 mutator 并发执行 GC 的。

第16章并发标记；本章将讲解 G1GC 的并发标记是如何实现的。不过，如果只是再复述一遍算法篇中已经介绍过的实现部分就太无趣了，因此本章将省略那些内容，来讲解那些在算法篇中未曾触及的内容。

第17章转移；本章将讲解 G1GC 中的转移是如何实现的。此外，本章同样会省略在算法篇中已经介绍过的内容。

第18章预测与调度；算法篇 4.5 节中讲过，下一次并发标记暂停处理会花费的时间，是根据过去的并发标记暂停时间预测出来的。本章将讲解 HotSpotVM 如何根据过去的时间记录，预测下一次的暂停时间。

此外，算法篇 4.4 节中讲过 GC 会调度暂停时机。在本章后半部分，我将带领大家看一看这是如何实现的。

第19章准确式GC的实现；本章将讲解为了实现准确式 GC（exact GC），HotSpotVM 是如何将“准确的根信息”提供给 GC 算法的。

第20章写屏障的性能开销；本章将稍微改变一下视角，研究一下HotSpotVM 中写屏障的性能开销。

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读者对象

• 本文适合对所有 JVM 和 GC 感兴趣的读者阅读。

• 还适合对实现 OpenJDK 7 的内存管理感兴趣的人阅读。由于本文实现篇会引用算法篇中的内容，因此建议大家按照顺序从头开始阅读。