1_介紹

Shenandoah 是由Red Hat開發的一款低延遲的垃圾收集器，Shenandoah 并發執行大部分 GC 工作，包括并發的整理，堆大小對STW的時間基本沒有影響。

1、下載。Shenandoah只包含在OpenJDK中，默認不包含在內需要單獨構建，可以直接下載構建好的。
下載地址：https://builds.shipilev.net/openjdk-jdk-shenandoah/

選擇方式如下：
{aarch64, arm32-hflt, mipsel, mips64el, ppc64le, s390x, x86_32, x86_64}：架構，使用arch命令選擇對應的的架構。
{server,zero}：虛擬機類型，選擇server，包含所有GC的功能。
{release, fastdebug, Slowdebug, optimization}：不同的優化級別，選擇release，性能最高。
{gcc*-glibc*, msvc*}：編譯器的版本，選擇較高的版本性能好一些，如果兼容性有問題（無法啟動），選擇較低的版本。

2、配置。將OpenJDK配置到環境變量中，使用java –version進行測試。打印出如下內容代表成功。

3、添加參數，運行Java程序。

• -XX:+UseShenandoahGC 開啟Shenandoah GC
• -Xlog:gc 打印GC日志

/** Copyright (c) 2005, 2014, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.* DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.** This code is free software; you can redistribute it and/or modify it* under the terms of the GNU General Public License version 2 only, as* published by the Free Software Foundation.  Oracle designates this* particular file as subject to the "Classpath" exception as provided* by Oracle in the LICENSE file that accompanied this code.** This code is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT* ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or* FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License* version 2 for more details (a copy is included in the LICENSE file that* accompanied this code).** You should have received a copy of the GNU General Public License version* 2 along with this work; if not, write to the Free Software Foundation,* Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.** Please contact Oracle, 500 Oracle Parkway, Redwood Shores, CA 94065 USA* or visit www.oracle.com if you need additional information or have any* questions.*/package org.sample;import com.sun.management.OperatingSystemMXBean;
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.infra.Blackhole;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.MemoryMXBean;
import java.lang.management.MemoryUsage;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;//執行5輪預熱，每次持續2秒
@Warmup(iterations = 5, time = 2, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
//輸出毫秒單位
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
//統計方法執行的平均耗時
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
//java -jar benchmarks.jar -rf json
@State(Scope.Benchmark)
public class MyBenchmark {//每次測試對象大小 4KB和4MB@Param({"4","4096"})int perSize;private void test(Blackhole blackhole){//每次循環創建堆內存60%對象 JMX獲取到Java運行中的實時數據MemoryMXBean memoryMXBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();//獲取堆內存大小MemoryUsage heapMemoryUsage = memoryMXBean.getHeapMemoryUsage();//獲取到剩余的堆內存大小long heapSize = (long) ((heapMemoryUsage.getMax() - heapMemoryUsage.getUsed()) * 0.6);//計算循環次數long size = heapSize / (1024 * perSize);for (int i = 0; i < 4; i++) {List<byte[]> objects = new ArrayList<>((int)size);for (int j = 0; j < size; j++) {objects.add(new byte[1024 * perSize]);}blackhole.consume(objects);}}@Benchmark@Fork(value = 1,jvmArgsAppend = {"-Xms4g","-Xmx4g","-XX:+UseSerialGC"})public void serialGC(Blackhole blackhole){test(blackhole);}@Benchmark@Fork(value = 1,jvmArgsAppend = {"-Xms4g","-Xmx4g","-XX:+UseParallelGC"})public void parallelGC(Blackhole blackhole){test(blackhole);}@Benchmark@Fork(value = 1,jvmArgsAppend = {"-Xms4g","-Xmx4g"})public void g1(Blackhole blackhole){test(blackhole);}@Benchmark@Fork(value = 1,jvmArgsAppend = {"-Xms4g","-Xmx4g","-XX:+UseShenandoahGC"})public void shenandoahGC(Blackhole blackhole){test(blackhole);}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder().include(MyBenchmark.class.getSimpleName()).forks(1).build();new Runner(opt).run();}
}

測試結果：

Shenandoah GC對小對象的GC停頓很短，但是大對象效果不佳。

更多調優策略詳見：https://wiki.openjdk.org/display/shenandoah/Main。

2_原理

1.0版本

如果轉移階段未完成，此時轉移前的對象和轉移后的對象都會存活。如果用戶去訪問數據，需要使用轉移后的數據。 ShenandoahGC使用了讀前屏障，根據對象的前向指針來獲取到轉移后的對象并讀取。

寫入數據時會使用寫前屏障，判斷Mark Word中的GC狀態，如果GC狀態為0證明沒有處于GC過程中，直接寫入，如果不為0則根據GC狀態值確認當前處于垃圾回收的哪個階段，讓用戶線程執行垃圾回收相關的任務。

1.0版本的缺點：
1、對象內存大大增加，每個對象都需要增加8個字節的前向指針，基本上會占用5% - 10%的空間。
2、讀屏障中加入了復雜的指令，影響使用效率。

2.0版本

2.0版本優化了前向指針的位置，僅轉移階段將其放入了Mark Word中。

3_ShenandoahGC的執行流程

4_并發轉移階段 – 并發問題

如果用戶線程在幫忙轉移時，ShenandoahGC線程也發現這個對象需要復制，那么就會去嘗試寫入前向指針，使用了類似CAS的方式來實現，只有一個線程能成功修改，其他線程會放棄轉移的操作。