2021-2-28：调用 System.gc() 后究竟发生了什么？

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：

//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

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

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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