我被读者卷了...-技术圈

上海外滩 | 摄影©阿强

从一个问题开始，熟知并发编程的你认为下面这段代码的执行结果是怎么样的？

我如果说，执行流程是：

t1 线程和 t2 线程一直执行 num 的累加操作
主线程睡眠 1 秒，1 秒之后醒过来打印此时的 num 值
t1 线程和 t2 线程继续执行加 1 的操作，直到执行完 2亿次累加操作

你赞成吗？

我的猜想看起来没什么问题，但实际运行效果证明了我是错的，下面是运行动图：

从运行动图上可以看到，将代码跑起来之后，却发现实际执行结果是这样的：

1 秒之后，主线程并没有马上打印 num，而是等 t1 和 t2 分别执行完 2 亿次累加操作退出循环后，才会打印 num 的值。

这个结果和预想的不一样。我是基于 JDK1.8 跑的，你也可以试试。

为什么会这样呢？

答案是：

JVM 想要执行某个操作，让所有线程进入安全点，但是 t1 和 t2 线程因为 JIT 对可数循环的过渡优化必须等循环跑完了才进入安全点，所以主线程一直再等 t1 和 t2，迟迟不能输出 num 的值。

可数循环：
形如 for (int i = 0; i < 100000000; i++) {...}的循环被称为可数循环

简单来说就是：「主线程在等 t1 和 t2 线程进入安全点」

这个答案的由来，why 哥的一篇文章：《真是绝了！这段被 JVM 动了手脚的代码!》中已经说的很清楚了，这里不再重复阐述。

此文就源于我当时的一个疑问：JVM 让线程都进入安全点到底干了什么不为人知的事情？

发生了 GC？

难道是发生了 GC 吗？

第一，代码里面没有创建对象申请内存。

第二，加上 -XX:+PrintGC 也没有打印 GC 日志。

第三，执行 jstat 命令，通过输出日志可以看出，JVM 运行期间各个内存区域都没有发生变化，也没有发生 GC。

所以，因为发生了 GC 而需要进入安全点这种情况被排除了。

问题就变成了：没有发生 GC，需要所有的线程都进入安全点干什么？

安全点日志

加上 -XX:+PrintSafepointStatistics 参数，让程序执行的时候打印安全点的相关日志。

可以看到，这段代码的执行一共进行了三次进入安全点。

其中第二个 EnableBiasedLocking 是 JVM 延时开启偏向锁的操作，这个也比较有意思，不过不是文章的重点，下次有机会再说。

我们重点关注的是第一个 「no vm operation」 操作。将这段日志单独拿出来，在参数说明上加上中文解释：

总结来说就是：

JVM 想执行 「no vm operation」 ，这个操作需要线程都进入安全点，整个期间一共有 12 个线程，正在运行的线程有 2 个，需要等待这两个线程进入安全点，等待这 2 个线程进入安全点并阻塞耗费了 5037 毫秒。

要找出这两个线程也很简单，它不是需要 5000 多毫秒才进入安全点吗，我就加上参数让进入安全点时间超过 5000 毫秒的线程超时就行了。

于是加上 -XX:+SafepointTimeout 和 -XX:SafepointTimeoutDelay=5000 参数，执行代码。

哦豁，这不就是 t1 和 t2 线程吗。

这个结果也是意料之中的，我们的重点是这个 「no vm operation」 到底是个什么操作？凭什么让主线程等这么久？

源码定位

这个 VM 操作的名字叫做 「no vm operation」 ，翻译成中文就是「不是 VM 操作」，连起来就是不是 VM 操作的 VM 操作？

一个不是 VM 操作的操作居然也能让全局进入安全点？

那到底是什么操作呢？知识盲区了呀！

一顿谷歌百度，也没有找到一个比较信服的答案。

于是乎，我决定看 JVM 的源码。

在 JVM 源码里面全局搜索 「no vm operation」 ，发现只有 safepoint.cpp 有这个信息。

点击去一看，果然，一下子定位到打印日志的地方，就是这个 SafepointSynchronize::print_statistics() 方法。

其中有一句很关键的代码：

_vmop_type == -1 ? 
    "no vm operation" : 
    VM_Operation::name(sstats->_vmop_type)

这是一个三目运算：如果 _vmop_type 等于 -1，打印的安全点日子操作类型那一栏就会输出 「no vm operation」 。

而这个 _vmop_typen 呢，是结构体 SafepointStats 中的一个成员，具体的含义是：触发安全点的 VM 操作类型。

那什么操作类型会将 _vmop_type 设置成 -1 呢？

我在开启安全点方法里面找到了答案：

如果不是 VM 操作触发的安全点事件，这个时候就会将 _vmop_type 设置成 -1。

也就是说还有其他情况也可以触发安全点事件，让所有线程进入安全点。

那么，我们只需要找到触发安全点事件对应的代码就行了。

一个个文件找太难，换个思路，想要进入安全点，必定要调用进入安全点的方法。

而进入安全点的方法就是 safepoint.cpp 里面的 SafepointSynchronize::begin() 方法。

我们只需要全局搜一下哪里调用了这个 SafepointSynchronize::begin() 这个方法应该就能找到触发安全点事件对应的代码。

全局搜索发现只有 vmThread.cpp 里面有调用，vmThread.cpp 封装的都是 VMThread 相关的方法。

VMThread

VMThread 是个什么东西呢？

VMThread 是 JVM 自身启动的一个内部线程，它主要用来协调其它线程达到安全点以及执行 VM 操作。

VM 操作这个概念全文已经多次提到了，那到底有哪些操作是 VM 操作呢？

我们比较熟悉的 CMS 的初始标记和最终标记都是 VM 操作，又比如 thread dump，线程挂起以及偏向锁的撤销等等都是 VM 操作。

VM 操作类型有很多，JVM 对应的源码在 vm_operations.hpp 定义的宏 VM_OPS_DO 里面。

宏 VM_OPS_DO 里面的每个 VM 操作，基本上都有一个单独的子类去实现。

VMThread 里面有个 VMOperationQueue 队列，用于存放一个一个连在一起的 VM 操作。

VMThread 循环执行 VM 操作的方法，叫做 VMThread::loop() 方法。

loop() 方法是 VMThread 的核心方法，该方法不断从 VMOperationQueue 队列中获取待执行的 VM 操作，然后调用每种 VM 操作具体的实现 evaluate() 方法执行不同的逻辑。

这里用了策略模式，VMThread 执行逻辑是固定的，只负责调度，而每种 VM 操作需要根据需求自己实现 evaluate() 方法。

答案出现

而我们上面苦苦寻找的 no vm operation 原因，就在 VMThread 的 loop() 方法里面。

从源码可以看到，在 VM 操作为空的情况下，只要满足以下 3 个条件，也是会进入安全点的：

VMThread 处于正常运行状态
设计了进入安全点的间隔时间
SafepointALot 是否为 true 或者是否需要清理

程序正常运行 VMThread 肯定能正常运行，所以条件 1 能满足。

用 「java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintFlagsFinal 2>&1 | grep Safepoint」 命令查看 JVM 关于安全点的默认参数，发现 GuaranteedSafepointInterval 默认设置成了 1 秒，所以条件 2 也能满足。

对于条件 3，SafepointALot 默认为 false，那要想条件 3 能满足的话，必须 SafepointSynchronize::is_cleanup_needed()为 true。

点进去看它的具体实现：

通过追踪代码，可以发现 SafepointSynchronize::is_cleanup_needed() 就是判断 StubQueue 里面是否有 stub 缓存。

那 StubQueue 是什么呢？stub 又是什么呢？

这涉及 JVM 的模板解释器和编译器了，由于篇幅有限，下次有机会的话继续深入探讨。

我用一句话概括就是 「JVM 执行期间的编译解释代码缓存」。

清理 stub 你可以简单的理解成「清理代码缓存」。

也就是说，在 JVM 正常运行的时候，如果设置了进入安全点的间隔，就会隔一段时间判断是否有代码缓存要清理，如果有，会进入安全点。

这个触发条件不是 VM 操作，所以会将 _vmop_type 设置成-1，输出日志的时候打印对应的 「no vm operation」，也就是我们看到的安全点日志。

而文章开头的代码执行效果，主线程一直在等待 t1 和 t2 进入安全点，正是触发了这个条件。

再次验证推论

回过头来再看文章开头的代码，通过加上 -XX:GuaranteedSafepointInterval = 0 将进入安全点间隔时间设置成 0，也就是关闭定时进入安全点，看看代码运行结果是怎么样的。

-XX:GuaranteedSafepointInterval 是诊断性质的参数，需要加上-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 参数解锁诊断参数方可使用。

从运行结果上可以看到，关闭过一段时间进入安全点的设置之后，主线程睡了 1 秒后，不再需要等待 t1 和 t2 线程循环执行完，睡完之后马上就打印了此时的 num 值。

这样的运行结果，也再一次的验证了我们的推论。

间隔一秒进入安全点的设置还是有它的作用的，我建议你别去动它。

-XX:GuaranteedSafepointInterval 是个诊断性质的参数，不建议线上使用。

从网上的文献来看，关掉这个参数也有可能会造成一些未知错误，具体是什么错误我也没有遇见过，也不知道是真是假。

总之，线上环境谨慎一点总没错，如果你对 JVM 底层不是很熟悉的话，我建议还是别去动它。

有趣的注释

知识点分享到这里就结束了，分享一个有趣的事情。

在我追踪 JVM 源码的过程中，我发现编写 StubQueue 的作者留下了这样一段注释：

我润色翻译一下就是：「在你不能证明你改的没问题的时候，别特么乱动我代码，这段代码比你想象中牛逼的多」。

看到没有，这就是大神的骄傲和自信！

反观我呢，我平时给代码写注释的时候，只敢在上面写：「如果你看到我的代码有 BUG，麻烦帮我修一下，谢谢了」。

从写注释的骄傲和自信上就能看得出，我和大神差距有多大了。

我一定要加油，以后也能写出这样霸气的注释！

思维导图

我把我个人觉得重要的 JVM 知识点，按照自己理解思路整理成了一个思维导图。

有需要的可以自取就行，如果图片被平台压缩了，你可以公众号后台回 「JVM」 获取高清图片。

注意：是去这个号下面回复「JVM」获取高清图片！！！

需要强调的是，这是我整理的知识点，里面的知识并不是我原创的。

我没有创造知识，只是分享自己如何学习和理解知识。

思维导图的制作参照了大量的书籍和博客，包括但不限于《深入理解 Java 虚拟机》、美团技术团队文章、阿里技术团队文章、R 大的文章、寒泉子大大的调优文章。

好了，今天的文章就到此结束了。

why哥说

这篇文章的作者也是我的读者，当时我发布了《真是绝了！这段被 JVM 动了手脚的代码!》这篇文章之后，他就和我进行了深入的交流，直接把 JVM 的源码贴给我看。

我当时就觉得：这小伙子是要卷我啊？不能怂，开始对线。

于是发了一个表情包：

对于这种一言不合就开始卷 JVM 源码的，我是真的卷不过了：

最后还不忘给我撒把狗粮：

其实关于之前文章中写的安全点的那个案例，在发布没几天后，我刚好在《Java性能优化实战》一书的 13.2 小节采样与安全点偏差，看到了这样的一段描述：

害，原来答案写的到处都是，只是我还没翻到而已。所以还是得读书，不说了，我要上分...哦不，我要读书了。

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