深入JVM，这本书讲透了G1回收的原理和实现！

Posted 2021-06-15 图灵教育

前几年，图灵在R大（RednaxelaFX/莫枢）的大力推荐下，引进了一本日系技术书《垃圾回收的算法与实现》（下文简称GC书），一直关注图灵的读者可能对这本书还有些印象。

GC书分为“算法篇”和“实现篇”两大部分，介绍了标记-清除算法等9种重要的GC基础算法，以及GC在Python等4种语言处理程序中的具体实现。

用R大的话说，这本书非常适合用于入门 —— 它既系统地介绍了GC的经典基础算法（及其若干变种），又贴近现实剖析了一些实用系统中的GC实现，在抽象与具体，理论与实现之间找到了一个不错的平衡。

GC 书实现篇的作者叫作中村成洋。他因为偶然的机会对 GC 产生浓厚兴趣，本人却说不清为何喜欢 GC 。被人追问原因时，总是回答“是缘分”。

  （中村成洋）

中村是CRuby的committer，现在仍每天致力于GC的改善。

在GC书的原稿中，有一章是关于“HotSpotVM的实现”，但因为时间关系，没来得及出版。GC书正式出版后，中村才继续写作这部分。

一开始，他计划只介绍G1GC的实现，但是在写作过程中渐渐改变了想法，觉得还是先写一些算法原理更有助于读者理解，所以又开始埋头写G1GC的算法原理。

于是，就有了今天我们要介绍的这本 《 深入 Java 虚拟机 ： JVM G1GC的算法与实现》 。

【日】中村成洋 | 著

  吴炎昌 杨文轩 | 译

和GC书一样，这本书由“算法篇”和“实现篇”两大部分构成。

在算法篇中，这本书探讨了OpenJDK 7中引入的GC算法——G1GC（Garbage First Garbage Collection）的原理。G1GC中有一个很大的谜团，那就是GC暂停处理的预测暂停时间。算法篇用了数十页的篇幅来揭示它。

关于G1GC的资料，具有代表性的是由David Detlefs等人所写的英语论文 Garbage-First GarbageCollection 。但是那篇论文非常深奥晦涩，只读一遍是无法透彻理解的。 

中村初次接触那篇论文是在2007年。当时他的英语阅读能力有限，也不怎么了解GC，所以没读多少就放弃了。3年后，他掌握了一定程度的GC知识，所以再次挑战了那篇论文 —— 结果仍然没能彻底理解。 

在那之后的半年多里，中村读完论文读源码，读完源码又去读论文，如此反复，终于彻底理解了全部内容。对于他来说，理解G1GC的过程可以称得上“荆棘之路”。 

《深入Java虚拟机》的算法篇，比原始论文更加详细地介绍了G1GC的算法原理和执行过程。对于自己以前理解起来比较困难的地方，中村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，理解起来也没有什么问题。

（算法篇目录）

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在实现篇中，中村又详细剖析了HotSpotVM的源码。

HotSpotVM实现了包括G1GC在内的多种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，中村会带大家去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，大家还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，大家还将了解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。

对于G1GC，中村曾有过不少疑问。比如“G1GC是如何实现准确式GC的”和“实现了这么多GC不会导致写屏障变慢吗”，等等。因此，他研究了G1GC的实现方式，并将得到的结果放在了本书的最后两章。

（实现篇目录）

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中村写作本书的目的在于将他走过的“荆棘之路”变成更多人易于踏上的坦途。希望各位读者轻松愉快地走过这条坦途，用最短的时间掌握G1GC。

| 图书特色

图文并茂

这本书带点图解系列的风格，特别是算法篇，清晰的配图让GC过程更直观、易懂。

（转移专用记忆集合的构造）

（GC单位时间内的GC暂停时间上限）

（mutator和GC的执行关系）

通俗易懂

中村在写作中不仅融入了自己的独到见解和研究成果，还巧用“打比方”的手法深入浅出。比如在讲解Java监视器时，中村将其比喻为滑雪板租赁商店，在后面讲解监视器的实现时也一直使用这个例子帮助读者加深理解。

（监视器与租赁商店）

源码剖析

算法篇剖析 HotSpotVM 源码时，只列出主流程的代码，并附上细致解释，易读性高。

（ConcurrentMark类的实现）

生动有趣

书中专栏插入了几幅中村自己画的小漫画，灵魂画风，却极其传神。

（保守式GC与准确式GC）

（注意此图涉及文末福利）

*保守式GC：不能识别指针和非指针的GC。

*准确式GC：能够正确识别指针和非指针的GC。

| 读者对象

这本书适合所有对JVM、GC和JDK内存管理感兴趣的读者阅读。

这本书可以说是对GC书的补充，弥补了GC书未深入讲解并行GC/并发GC，未涉及JVM GC的不足，相对来说更加贴合Java从业者。只要读过GC书，应该就能理解本书的内容。

不过即使没有读过，只要具备一些GC的基础知识，阅读本书也不成问题。具体来说，需要事先掌握标记-清除GC、复制GC和增量GC等的基础算法。

如果不具备任何GC相关的知识，而且也不打算阅读GC书，那么建议先自己在网络上简单了解一下GC。

| 本书试读

并发标记

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作为Javaer必拜山头之一，JVM一直带有那么一些神秘感。希望这本书能帮助大家进一步打破这种神秘感，知其然并知其所以然，了解底层又不拘泥于底层，写起代码来更加得心应手。

文 末福利

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