JAVA之JDK在64位系统默认开启压缩指针分析

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JAVA之JDK在64位系统默认开启压缩指针分析（请多多指正！）
Sun的HotSpot VM从JDK5开始会根据运行环境来自动设定VM的一些参数（ergonomics）。其中大家最熟悉的可能是它会自动选择client与server模式、堆的初始和最大大小等。事实上ergonomics会设置非常多的内部参数，包括自动选择GC算法、并行GC的线程数、GC的工作区分块大小、对象晋升阈值等等。
　　Ergonomics相关的逻辑大都在hotspot/src/share/vm/runtime/arguments.cpp中，值得留意的是使用了FLAG_SET_ERGO（）的地方。

　　于是我们可以留意一下几个版本的HotSpot对UseCompressedOops参数的处理的差异：

　　HotSpot 16：

　　C++代码

#ifdef _LP64
// Check that UseCompressedOops can be set with
the max heap size allocated
// by ergonomics.
if (MaxHeapSize <= max_heap_for_compressed_oops()) {
if (FLAG_IS_DEFAULT(UseCompressedOops)) {
// Turn off until bug is fixed.
// the following line to return it to default status.
// FLAG_SET_ERGO(bool, UseCompressedOops, true);
}
// ...
}
#endif // _LP64
　　HotSpot 17:

　　C++代码

#ifndef ZERO
#ifdef _LP64
// Check that UseCompressedOops can be set with
the max heap size allocated
// by ergonomics.
if (MaxHeapSize <= max_heap_for_compressed_oops()) {
#ifndef COMPILER1
if (FLAG_IS_DEFAULT(UseCompressedOops) && !UseG1GC) {
// Disable Compressed Oops by default. Uncomment
next line to enable it.
// FLAG_SET_ERGO(bool, UseCompressedOops, true);
}
}
#endif
// ...
#endif // _LP64
#endif // !ZERO
　　HotSpot 19 / HotSpot 20:

　　C++代码

#ifndef ZERO
#ifdef _LP64
// Check that UseCompressedOops can be set with
the max heap size allocated
// by ergonomics.
if (MaxHeapSize <= max_heap_for_compressed_oops()) {
#ifndef COMPILER1
if (FLAG_IS_DEFAULT(UseCompressedOops) && !UseG1GC) {
FLAG_SET_ERGO(bool, UseCompressedOops, true);
}
#endif
}
// ...
#endif // _LP64
#endif // !ZERO
　　（注：HotSpot VM的版本号与JDK的版本号之间的关系，请参考另一篇笔记：Sun/Oracle JDK、OpenJDK、HotSpot VM版本之间的对应关系）

　　可以看到，UseCompressedOops参数从HotSpot 19开始终于开始受ergonomics控制，会在下述条件满足的时候默认开启管道磁力泵：

　　1、是64位系统（#ifdef _LP64）并且不是client VM（#ifndef COMPILER1）；

　　2、Java堆的最大大小不大于一个阈值（MaxHeapSize <= max_heap_for_compressed_oops（））；

　　3、没有通过。hotspotrc或命令行参数手动设定过UseCompressedOops参数的值；

　　4、没有使用Garbage-First （G1） GC.


第1、3、4点都很直观，于是第2点就是个关键点了：阈值是多大？
　　还是看回代码，HotSpot 20：

　　C++代码

void set_object_alignment() {
// Object alignment.
assert(is_power_of_2(ObjectAlignmentInBytes), "ObjectAlignmentInBytes must be power of 2");
MinObjAlignmentInBytes = ObjectAlignmentInBytes;
assert(MinObjAlignmentInBytes >= HeapWordsPerLong * HeapWordSize,
"ObjectAlignmentInBytes value is too small");
MinObjAlignment = MinObjAlignmentInBytes / HeapWordSize;
assert(MinObjAlignmentInBytes == MinObjAlignment * HeapWordSize,
"ObjectAlignmentInBytes value is incorrect");
MinObjAlignmentInBytesMask = MinObjAlignmentInBytes - 1;

LogMinObjAlignmentInBytes = exact_log2(ObjectAlignmentInBytes);
LogMinObjAlignment = LogMinObjAlignmentInBytes - LogHeapWordSize;

// Oop encoding heap max
OopEncodingHeapMax = (uint64_t(max_juint) + 1) << LogMinObjAlignmentInBytes;
}

inline uintx max_heap_for_compressed_oops() {
// Avoid sign flip.
if (OopEncodingHeapMax < MaxPermSize + os::vm_page_size()) {
return 0;
}
LP64_ONLY(return OopEncodingHeapMax - MaxPermSize - os::vm_page_size());
NOT_LP64(ShouldNotReachHere(); return 0);
}
　　（注：其中 （uint64_t（max_juint） + 1） 的值也被称为NarrowOopHeapMax，也就是2的32次方，0x100000000；

　　ObjectAlignmentInBytes在64位HotSpot上默认为8；

　　HeapWord在globalDefinitions.hpp里定义，大小跟一个char*一样；

　　HeapWordSize在同一个文件里定义，等于sizeof（HeapWord），在64位系统上值为8；

　　LogHeapWordSize也在同一文件里，在64位系统上定义为3）

　　跟踪一下里面几个参数的计算，在64位HotSpot上有，

　　C++代码

ObjectAlignmentInBytes = 8
MinObjAlignmentInBytes = 8
HeapWordSize = 8
MinObjAlignment = 1
MinObjAlignmentInBytesMask = 0x0111
LogMinObjAlignmentInBytes = 3
LogHeapWordSize = 3 // _LP64
LogMinObjAlignment = 0
OopEncodingHeapMax = 0x800000000 // 32GB
　　于是，前面提到的第2个条件在64位HotSpot VM上默认是：

　　C++代码

MaxHeapSize + MaxPermSize + os::vm_page_size() <= 32GB
　　os：：vm_page_size（）是操作系统的虚拟内存的分页大小，在Linux上等于sysconf（_SC_PAGESIZE）的值；在x86_64上的Linux默认分页大小为4KB.

　　MaxHeapSize的值基本上等于-Xmx参数设置的值（会根据分页大小、对齐等因素做调整）。

　　MaxPermSize就是perm gen设置的最大大小。

　　这下可以确认，在我现在用的环境里，当包括perm gen在内的GC堆大小在32GB - 4KB以下的时候，使用64位的JDK 6 update 23或更高版本就会自动开启UseCompressedOops功能