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Ja协程的引入会导致GCRoot枚举复杂度大大增加,JVM是如何解决的呢?

卡卷网1年前 (2025-01-10)每日看点218

<>Ja协程与GC的爱恨情仇-JVM是如何化解性能危机的?

<>GC本是好好工作,但协程的加入,却让它卷入了一场复杂的性能考验。不过,JVM团队也给出了解决方案,化繁为简,让这对“矛盾CP”握手言和。

<>协程和GC:从爱到“恨”到底发生了什么?

<>GC是如何工作的?

GC(回收器)的核心任务,是清理掉不再使用的对象,释放内存。但在清理之前,GC必须完成一个重要步骤:<>GCRoot枚举,也就是找到程序中所有活跃的引用起点,如:

    <>线程栈帧的局部变量。<>静态变量(全局引用)。<>JNI方法中的本地引用。

传线程中,线程栈是连续的,GC只需扫描每个线程的栈帧即可搞定。<>但是,协程的加入让一切变复杂了!

<>协程的问题在哪?

协程的魅力在于<>挂起和恢复:你可以暂停一个协程,保存当前状态(包括栈帧),稍后在另一个线程上恢复它。问题是,协程的栈帧可能<>脱离线程栈:挂起的协程会把栈帧移到堆中(对,放到GC负责的地方!)。另外协程是<>分散保存的,协程的状态可以被调度器和内存存储,这让GC很难找到所有相关引用。

就像你在图书馆整理书籍(对象),突然有上千个图书员(协程)抱着书四处跑,还随手把书进书架。这对GC来说,简直就是噩梦!

<>JVM是怎么样化解协程与GC的矛盾的?

JVM团队展示了一种很巧妙的设计,可以用几个来概括:

<>1.[断点续传]:精确掌控协程的挂起与恢复

协程可以在任意挂起点暂停,但JVM的Safepoint(安全点)可以帮助GC实时跟踪这些挂起点的位置,就像你看剧时按下的暂停键。具体实现方式包括协程挂起时,<>保存当前栈帧到堆,让GC继续枚举时可以直接从堆访问。以及Safepoint确保挂起作与GC同步,让GC的枚举总是精准无误。

<>通俗点讲:JVM为协程配备了“暂停记录仪”这个神器,无论你在哪里停下,它都能找到你。

<>2.[分批处理]:避免一次性扫描的压力

面对成千上万的协程栈帧,JVM并不会“一股脑全扫完”,而是采用了<>分批处理的策略:

    GC枚举协程栈帧时,会将所有协程分成多个批次,每次处理一个小批量,防止因为协程数量过多导致性能瓶颈。如果处理时间超过设定的阈值(如50ms),GC会暂停并等待下一轮回收。

用伪代码可以这样理解:

for(atch:splitInatches(allCoroutines)){ processatch(atch); if(timeExceeded()){ pause(); continue; } }

这就像图书馆员一次只整理几排书,而不是试图瞬间整理整座图书馆。

<>3.[共享栈]:让协程更轻更快

VirtualThread(虚拟线程)是Ja的最后防线,为了减少内存开销,JVM不为每个协程分配的栈,而是采用<>共享栈模式:协程运行时只使用一个小型栈,当协程挂起时,栈帧被序列化到堆,释放线程资源。

这种设计极大减少了内存压力,也让GC可以直接这些栈帧对象。可以说,JVM通过“共享单车”模式,解决了资源浪费的问题。

<>4.[懒加载]:按需枚举,减少无用扫描

协程的挂起栈帧,并不是在GC开始时就全部加载,而是<>等到需要时才动态枚举。这样做就可以降低GC开销,减少不必要的扫描。

这种“<>按需处理”的思路,和Go语言的协程GC优化设计类似,但Ja的实现更加智能化。


<>为什么说JVM的优化是技术的艺术?

JVM在协程与GC的博弈中达成了“动态平衡”,还是有三板斧的:

    <>栈帧对象化:协程栈帧挂起后直接放到堆中,让GC像普通对象一样协程栈帧。<>调度器协作:协程调度器帮助GC跟踪协程的挂起状态。<>批次处理:分批扫描协程,避免性能过载。

这不仅化解了GC的复杂性,还让协程可以以轻量、高效的方式大规模运行。

一句话:<>JVM的协程GC优化是“让复杂的事情变简单”的设计。Ja的VirtualThread也不只是一个“新玩具”,更是未来高性能并发编程的关键一步。

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