2021-2-28：调用 System.gc() 后究竟发生了什么？

素颜马尾好姑娘i 2022-11-03 11:38 168阅读 0赞

首先，根据 DisableExplicitGC 这个 JVM 启动参数的状态，确定是否会 GC，如果需要 GC，不同 GC 会有不同的处理。

### 1. G1 GC 的处理 ###

如果是 `System.gc()` 触发的 GC，G1 GC 会根据 ExplicitGCInvokesConcurrent 这个 JVM 参数决定是默认 GC （轻量 GC，YoungGC）还是 FullGC。

参考代码[`g1CollectedHeap.cpp`][g1CollectedHeap.cpp]：

//是否应该并行 GC，也就是较为轻量的 GC，对于 GCCause::_java_lang_system_gc，这里就是判断 ExplicitGCInvokesConcurrent 这个 JVM 是否为 true
    if (should_do_concurrent_full_gc(cause)) {
        return try_collect_concurrently(cause,
                                        gc_count_before,
                                        old_marking_started_before);
    }// 省略其他这里我们不关心的判断分支
     else {
        //否则进入 full GC
        VM_G1CollectFull op(gc_count_before, full_gc_count_before, cause);
        VMThread::execute(&op);
        return op.gc_succeeded();
    }

### 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`][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`][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;
      }
    }

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> ![image][]

[g1CollectedHeap.cpp]: https://github.com/openjdk/jdk/blob/jdk-17+11/src/hotspot/share/gc/g1/g1CollectedHeap.cpp
[zDriver.cpp]: https://github.com/openjdk/jdk/blob/jdk-17+11/src/hotspot/share/gc/z/zDriver.cpp
[shenandoahControlThread.cpp]: https://github.com/openjdk/jdk/blob/jdk-17+11/src/hotspot/share/gc/shenandoah/shenandoahControlThread.cpp
[image]: /images/20221024/834413d3be334c8bb58710ef3f571a08.png