Java垃圾回收中Stop-The-World和JVM中的Stop-The-World

Java中Stop-The-World机制简称STW，是在执行垃圾收集算法时，Java应用程序的其他所有线程都被挂起（除了垃圾收集帮助器之外）。Java中一种全局暂停现象，全局停顿，所有Java代码停止，native代码可以执行，但不能与JVM交互；这些现象多半是由于gc引起。

GC时的Stop the World(STW)是大家最大的敌人。但可能很多人还不清楚，除了GC，JVM下还会发生停顿现象。

JVM里有一条特殊的线程－－VM Threads，专门用来执行一些特殊的VM Operation，比如分派GC，thread dump等，这些任务，都需要整个Heap，以及所有线程的状态是静止的，一致的才能进行。所以JVM引入了安全点(Safe Point)的概念，想办法在需要进行VM Operation时，通知所有的线程进入一个静止的安全点。

除了GC，其他触发安全点的VM Operation包括：

1. JIT相关，比如Code deoptimization, Flushing code cache ；

2. Class redefinition (e.g. javaagent，AOP代码植入的产生的instrumentation) ；

3. Biased lock revocation 取消偏向锁 ；

4. Various debug operation (e.g. thread dump or deadlock check)；

监控安全点看看JVM到底发生了什么？

最简单的做法，在JVM启动参数的GC参数里，多加一句:

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime

它就会把全部的JVM停顿时间（不只是GC），打印在GC日志里。

2016-08-22T00:19:49.559+0800: 219.140: Total time for which application threads were stopped: 0.0053630 seconds

这是个很有用的必配参数，可以打出几乎一切的停顿……

但是，在JDK1.7.40以前的版本，它居然没有打印时间戳，所以只能知道JVM停了多久，但不知道什么时候停的。此时一个土办法就是加多一句“ -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime”，打印JVM在两次停顿之间的正常运行时间（同样没有时间戳），但好歹能配合有时间戳的GC日志，反推出Stop发生的时间了。

2016-08-22T00:19:50.183+0800: 219.764: Application time: 5.6240430 seconds

如何打印出事哪种原因导致的停顿呢？

再多加两个参数：-XX:+PrintSafepointStatistics -XX: PrintSafepointStatisticsCount=1

此时，在stdout中会打出类似的内容

vmop [threads: total initially_running wait_to_block]1913.425: GenCollectForAllocation [ 55 2 0 ] [time: spin block sync cleanup vmop] page_trap_count[ 0 0 0 0 6 ] 0

此日志分两段，第一段是时间戳，VM Operation的类型，以及线程概况

total: 安全点里的总线程数 

initially_running: 安全点时开始时正在运行状态的线程数 

wait_to_block: 在VM Operation开始前需要等待其暂停的线程数

第二行是到达安全点时的各个阶段以及执行操作所花的时间，其中最重要的是vmop

spin: 等待线程响应

safepoint号召的时间 

block: 暂停所有线程所用的时间 

sync: 等于 spin+block，这是从开始到进入安全点所耗的时间，可用于判断进入安全点耗时 

cleanup: 清理所用时间 

vmop: 真正执行VM Operation的时间

可见，那些很多但又很短的安全点，全都是RevokeBias，详见 偏向锁实现原理， 高并发的应用一般会干脆在启动参数里加一句"-XX:-UseBiasedLocking"取消掉它。另外还看到有些类型是no vm operation， 文档上说是保证每秒都有一次进入安全点（如果这秒已经GC过就不用了），给一些需要在安全点里进行，又非紧急的操作使用，比如一些采样型的Profiler工具，可用-DGuaranteedSafepointInterval来调整，不过实际看它并不是每秒都会发生，时间不定。

在实战中，我们利用安全点日志，发现过有程序定时调用Thread Dump等等情况。不过因为安全点日志默认输出到stdout，因为性能及stdout日志的整洁性等原因，我们平时默认没有开启它。只有在需要时才打开。

再再增加下面三个参数，可以知道更多VM里发生的事情。可惜JVM不会因为设了这三个参数，就把安全点日志转移到vm.log里面来，而是白白打印了两次。

-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+LogVMOutput -XX:LogFile=/dev/shm/vm.log