JEP423：G1 引入区域固定机制，降低 GC 延迟

在评审结束后，JEP 423（Region Pinning for G1）已经被集成到 JDK 22 中。这个 JEP 旨在通过为G1垃圾回收器实现区域固定来降低 GC 延迟。这使得在 Major GC 和 Minor GC 期间可以固定任意区域，并且可以避免在实现 JNI 关键区域时禁用垃圾回收。

JEP 423 解决了 Java 与 C 和 C++等非托管语言之间的互操作性问题。JNI，作为互操作性的关键组件，允许 Java 应用程序调用其他语言编写的原生应用程序和库，或反过来。它提供了获取和释放Java对象指针的函数，这些函数必须成对使用。在获取和释放指针之间执行的代码被视为关键区域，在此期间，JVM 必须确保 GC 不移动关联的 Java 对象。默认的 GC，即 G1，在这些关键区域中会完全禁用垃圾回收，导致严重的延迟。这种方法通常会导致线程停滞、不必要的内存耗尽，甚至在极端情况下会导致 VM 过早关闭。

G1 引入区域固定从根本上改变了这种方式。JEP 423 允许 G1 在 GC 期间固定包含关键对象的特定内存区域，而不是禁用GC。这是通过在每个区域中维护关键对象的计数来实现的，在获取关键对象时增加计数，在释放时减少。当计数非零时，该区域被视为被固定，不会在 GC 期间被清理。这确保了关键对象不会被移动，避免了禁用 GC，并显著降低了延迟。

这个新特性是 Java 垃圾回收机制的一项重大进步。它旨在解决延迟问题，并在没有活动的 JNI 关键区域存在时保证 GC 停顿时间不出现回归。即使存在这样的区域，回归也是最小的。在 Major GC 和 Minor GC 期间实现区域固定证明了这种解决方案的健壮性。

不过，JEP 423 也存在潜在的风险和假设。一个重大风险是，如果应用程序同时固定多个区域，可能会导致堆内存耗尽。虽然目前没有直接解决方案，但从已经实现了类似机制的Shenandoah GC 来看，这种风险是可控的。

总的来说，JEP 423 为 OpenJDK 的 G1 垃圾回收器引入了重大的技术增强。区域固定特性解决了与 Java 本地接口（JNI）关键区域相关的延迟问题，改进了 JVM 在与非托管语言发生互操作时的垃圾回收处理。这表明了 OpenJDK 在努力完善和优化 Java 性能和互操作性能力方面所做的持续不断的努力。

原文链接：

https://www.infoq.com/news/2023/12/region-pinning-to-g1-gc/