[發(fā)明專利]基于Java虛擬機的并發(fā)垃圾收集器的調(diào)度器

無效

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• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102023896A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊珉;張源;周尋;王迪;臧斌宇
• 申請（專利權(quán)）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于Java虛擬機垃圾回收技術領域，具體涉及一種基于Java虛擬機的并發(fā)垃圾回集器的調(diào)度器。

背景技術???

隨著Java等高級編程語言的興起，如何合理的利用內(nèi)存成為了為各高級語言提供環(huán)境支持時最關鍵的考慮因素之一。作為內(nèi)存利用的主要手段，垃圾收集技術在系統(tǒng)安全和資源管理方面扮演著越來越重要的角色。

隨著現(xiàn)代應用程序使用內(nèi)存量增大、對象數(shù)量增多，以及消減“停止世界”垃圾收集所造成的停頓嚴重影響了應用程序的響應時間，并發(fā)的垃圾收集(Concurrent?GC)出現(xiàn)了。該技術使垃圾收集器可以在應用程序線程執(zhí)行的情況下進行垃圾收集，即垃圾收集器和應用程序線程是并行執(zhí)行的。通過測試，并發(fā)垃圾收集技術較之“停止世界”垃圾收集有明顯的運行效率提升，所以這個概念開始為越來越多的人所接受。

然而對于并發(fā)垃圾收集器何時被觸發(fā)就成了一個問題：因為如果垃圾收集發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)存還很空余的時候，就沒有充分利用系統(tǒng)內(nèi)存資源并且造成垃圾收集的頻率過高，反而會影響應用程序性能；如果發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)存已經(jīng)比較緊張的時候，那系統(tǒng)堆內(nèi)存就很可能在并發(fā)垃圾收集完成前被耗盡，這樣就迫使垃圾收集器進行“耗盡處理”，需要被迫把應用程序停下來，這樣無疑就增加了應用程序的停頓時間。尤其對于內(nèi)存需求量大的程序，并發(fā)垃圾收集的調(diào)度方式對其運行的穩(wěn)定性和效率都會有顯著的影響。所以如何恰如其分的找出這個GC觸發(fā)的時間點變得十分關鍵。當然，對于常規(guī)的垃圾收集技術(如“停止世界”垃圾收集)，好的調(diào)度方式也能明顯改善垃圾回收器的運行效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設計一種能使并發(fā)垃圾收集器在合適的時間點被觸發(fā)，以便提升垃圾收集器乃至整個程序運行效率的，關于并發(fā)垃圾收集器的調(diào)度器，并使用調(diào)度器對垃圾收集線程進行動態(tài)調(diào)度，從而更有效的利用系統(tǒng)資源。

本發(fā)明主要通過動態(tài)地對當前應用程序的運行情況進行分析，讓垃圾收集過程能在合適的時間點觸發(fā)。在垃圾收集器的實現(xiàn)中，我們把當前堆內(nèi)存空間占用量，應用程序分配內(nèi)存速度等因素都記錄下來，以計算的方式估計出垃圾收集器的合適觸發(fā)點。

首先定義理想的GC觸發(fā)時間點，即在垃圾收集器的跟蹤處理全部完成后，清理處理尚未開始前系統(tǒng)的內(nèi)存資源正好完全耗盡。但是顯然的，由于并發(fā)垃圾收集器是和應用程序同時執(zhí)行的，程序運行的不確定性決定了并發(fā)垃圾收集器達到理想GC觸發(fā)點是不可能的，不過我們還是可以通過評估的方式使調(diào)度器選定的GC觸發(fā)點盡量的接近這一理想點。

在本發(fā)明中，調(diào)度器需要記錄的系統(tǒng)的信息主要包括堆的總體大小M₀、當前堆(Heap)內(nèi)的內(nèi)存消耗情況M₁、當前應用程序的內(nèi)存消耗的平均速率V₁，以及當前垃圾收集器跟蹤處理的平均速率V₂。而最理想的情況是當垃圾收集的跟蹤處理需要的時間t₁和應用程序最后耗盡系統(tǒng)內(nèi)存資源的時間t₂相同。根據(jù)上述條件，我們可以得到以下三個等式：

t₁?=?t₂；????????????????????????????????①

t₁?=?M₁/V₂；?????????????????????????②

t₂?=?(M₀?–?M₁)/V₁;；?????????③

根據(jù)以上三個等式，我們就可以計算出最佳的GC觸發(fā)點，即每當系統(tǒng)的內(nèi)存消耗到M₂時，[M₂?=?M₀*V₂/(V₁?+?V₂)]，就應該觸發(fā)垃圾收集器進行工作，因為這樣在垃圾收集的跟蹤處理結(jié)束時，系統(tǒng)的內(nèi)存正好被耗盡，即得到完全的使用。也就是說，在理論上講這樣能盡可能的逼近最優(yōu)的GC觸發(fā)點。然而在實際運行時，由于并發(fā)程序的不確定性，這樣的設置很可能會讓系統(tǒng)內(nèi)存資源在GC跟蹤處理尚未結(jié)束時就耗盡。這時一旦系統(tǒng)資源耗盡，垃圾收集器就要被迫停止應用程序來處理，這樣反而會使應用程序的運行效率減低。調(diào)度器用一個內(nèi)存使用上線M^*來代替堆的總大小M₀來解決這個問題。經(jīng)過實際的測試，我們的調(diào)度器用堆總大小的90%來做內(nèi)存使用上線，