快捷導(dǎo)航

JVM中如何做到STW使程序暫停

更新時(shí)間：2022年01月24日 11:27:33 作者：子牙_公號(hào)硬核子牙

STW，即Stop The World，這篇文章來為大家詳細(xì)介紹了JVM中是如何做到STW使程序暫停的原理分析，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助

為什么需要STW呢？試想你媽給你打掃房間的場(chǎng)景：把你攆出去，關(guān)上門，打掃干凈，打開門，數(shù)落你，揍你…一套標(biāo)準(zhǔn)化流程后，房間干凈了。打完你，***心情變好了，打麻將都能多贏點(diǎn)。

這里面有個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：把你攆出去。盡管在打掃房間的過程中你可能不會(huì)制造垃圾，但是你的存在就有這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，所以必須把你攆出去。這話不是我說的，是從***行為中揣摩出來的。^_^

試想，如果不把你攆出去，你媽打掃垃圾的同時(shí)，你又陸陸續(xù)續(xù)制造了垃圾，那這場(chǎng)打掃房間的行動(dòng)是不是變成了無法結(jié)束的行動(dòng)啊?；蛘叩侥硞€(gè)時(shí)間點(diǎn)，你媽打掃了一半走了，丟下一句話：朽木不可雕也，孺子不可教也。

垃圾收集器也是一樣的，為了保證清理垃圾的完整性，在某些環(huán)節(jié)，就會(huì)STW。比如所有垃圾收集器中都有的一個(gè)階段：初始階段，即掃描根對(duì)象，需要STW。小伙伴門看過的幾乎所有資料，講到這基本就沒了對(duì)吧。但這不是子牙老師我的風(fēng)格，咱們接著往后面說。

STW

JVM中要做到STW是很難的。為什么這么說呢？因?yàn)樾枰紤]很多很多因素。

一、JVM中存在多種類型的會(huì)發(fā)生改變內(nèi)存行為的線程：

執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的用戶線程
執(zhí)行native方法的Java線程
執(zhí)行垃圾收集的GC線程
執(zhí)行即時(shí)編譯的JIT線程

二、每種類型的線程個(gè)數(shù)，在需要STW的那一刻，可能都不止一個(gè)。

三、每種類型的線程，在需要STW的那一刻，執(zhí)行到的代碼位置也未可知。

四、每種類型的線程阻塞的點(diǎn)還不能隨機(jī)。因?yàn)榫€程在阻塞前需要更新OopMap。

OopMap是什么？你可以理解成是記錄這個(gè)線程一路跑下來經(jīng)歷過的所有Java對(duì)象的集合。為什么要有OopMap呢？因?yàn)闆]有的話，你就得掃描整個(gè)棧，去查找根對(duì)象。

這里說的只是查找根對(duì)象的一種情況哈，勿抬桿，我會(huì)記仇。^_^

如何暫停線程

聽我這么一分析，好像確實(shí)很復(fù)雜哈。那如果是你來實(shí)現(xiàn)，你會(huì)怎么解決呢？小伙伴門可以想一想。經(jīng)常想這樣有深度的問題，有利于提高你的思考深度。

我們還是來看看JVM是如何高明地解決的吧。

如果線程隨便哪個(gè)位置阻塞都合適，這個(gè)問題就會(huì)簡(jiǎn)單一百倍。但是這里簡(jiǎn)單了，給其他地方就帶來了災(zāi)難。就是說線程阻塞前需要更新OopMap，如果不更新，沒有這個(gè)數(shù)據(jù)的話，GC時(shí)就需要掃描所有線程的所有棧的所有棧幀來查找根對(duì)象。

OopMap的存在，其實(shí)又是一種空間換時(shí)間的策略。因?yàn)橄啾葍?nèi)存的價(jià)格，降低GC延時(shí)明顯更重要。

但是JVM的執(zhí)行流那么多，何時(shí)？在什么地方？更新OopMap呢？這就是安全點(diǎn)存在的意義。安全點(diǎn)同時(shí)解決了STW及更新OopMap。

其實(shí)也可以這樣說，不理解安全點(diǎn)就無法理解STW，甚至于無法理解GC。

安全點(diǎn)

安全點(diǎn)涉及的知識(shí)點(diǎn)非常多、非常底層。本篇文章就講安全點(diǎn)中與STW相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。其他的知識(shí)點(diǎn)后面會(huì)寫系列文章展開講。感興趣的小伙伴可以關(guān)注我公眾號(hào)關(guān)注我的發(fā)文動(dòng)態(tài)：硬核子牙。

這段代碼是大家看GC源碼時(shí)經(jīng)?？吹降?/p>

SafepointSynchronize::begin

我把hotspot源碼中核心的代碼粘過來

這段代碼到底做了哪些事情呢：

告訴JVM馬上要開始GC（下雨）了，開始做準(zhǔn)備工作了（準(zhǔn)備收衣服了）。本質(zhì)就是修改一些屬性位。比如第5行代碼，通知解釋器做好準(zhǔn)備工作，迎接GC到來。
將polling_page對(duì)應(yīng)的物理頁設(shè)置成不可讀狀態(tài)。這步非常非常重要。等下說。
不停檢測(cè)，確定是否所有的線程都已進(jìn)入安全點(diǎn)。只有都已進(jìn)入安全點(diǎn)，才能執(zhí)行GC邏輯。

STW的真面目

安全點(diǎn)是如何解決讓所有的線程都阻塞的呢？開啟安全點(diǎn)為什么要將物理頁的屬性改為不可讀呢？

因?yàn)镴VM在生成執(zhí)行流代碼的時(shí)候，都會(huì)在適合作為安全點(diǎn)的地方插入一段代碼

這段代碼就是安全點(diǎn)的本質(zhì)，也是觸發(fā)STW的本質(zhì)。什么意思呢？如果os::_polling_page對(duì)應(yīng)的物理頁屬性是可讀的，這段代碼并沒什么特殊意義。但是如果是不可讀的，讀的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)段異常，對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)信號(hào)：SIGSEGV。

JVM捕獲了這個(gè)異常，并進(jìn)行了處理。所有的線程都是在這個(gè)地方STW的。

這就是安全點(diǎn)難的地方，涉及到的知識(shí)點(diǎn)太多太底層！其實(shí)我搞手寫JVM小班的核心目的不是帶你寫一個(gè)JVM，其一是讓你通過手寫JVM了解hotspot的體系，你才能看得懂hotspot源碼。其二，也是最核心的，掌握底層。因?yàn)檎莆樟说讓?，你?duì)技術(shù)就沒有恐懼之心了，你會(huì)覺得你無所不能。事實(shí)上，相對(duì)的無所不能是可以做到的，只是需要時(shí)間沉淀。啰嗦了兩句哈。

GC結(jié)束后喚醒所有阻塞的線程，小伙伴們應(yīng)該能想到是在哪里？如何喚醒的了吧