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垃圾回收中的STW是什么？

news 2025/9/21 10:07:58

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天又来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

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STW（Stop-The-World），中文常译为“万物停顿”或“全局暂停”。它指的是在垃圾回收过程中，为了确保一致性，JVM 会暂停所有应用程序线程的执行。此时，整个 Java 应用程序会表现得像卡住了一样，无法响应任何请求。

可以把它想象成进行大扫除时，需要让所有员工暂时停下手中的工作，离开工位，这样清洁人员才能高效、安全地清理垃圾，而不会漏掉垃圾或误扔重要文件。STW 就是 JVM 为了“安全地清理内存垃圾”而让所有业务线程“暂停工作”的过程。

GC 过程必须 STW 的根本原因是：为了避免在垃圾回收过程中，应用程序线程与垃圾收集器同时修改对象引用关系，从而导致数据不一致和回收错误。

如果不暂停应用线程，可能会发生以下问题：

误杀仍在使用的对象：
- 场景：垃圾收集器正在标记存活对象。当一个对象已经被标记为“垃圾”后，在回收前的一瞬间，一个应用线程突然又创建了一个对该对象的引用。
- 后果：垃圾收集器不知道这个新变化，会错误地将这个仍在使用的对象回收，导致程序后续运行出错。
回收不彻底或产生浮动垃圾：
- 场景：垃圾收集器刚刚完成对一个区域的标记，认为某些对象是垃圾。但在回收执行前，应用线程又“抛弃”了另一个原本被标记为“存活”的对象。
- 后果：这个新产生的垃圾对象无法在此次收集中被清理，变成了“浮动垃圾”。

为了杜绝这些竞态条件，最简单可靠的方法就是在进行关键操作（如枚举根节点、标记存活对象）时，让所有业务线程暂停，就像为垃圾回收按下了一个“静音键”和“暂停键”。

不同的垃圾收集器在其工作流程的不同阶段会发生 STW。

Minor GC / Young GC：
- 几乎所有收集器在 Minor GC 时都会发生 STW。其目的是为了快速标记出 Eden 区和 Survivor 区中的存活对象，并将它们复制到另一个 Survivor 区或老年代。这个过程通常非常短暂。
Major GC / Full GC：
- 标记-清除（Mark-Sweep）：在标记阶段需要 STW 来根节点枚举和进行可达性分析。
- 标记-整理（Mark-Compact）：在标记和整理阶段都需要 STW。整理阶段需要移动存活对象并更新所有引用指针，必须暂停所有线程才能安全地进行。
安全点（Safepoint）：
- JVM 并不会在代码的任何地方都随意暂停线程，而是在一些特定的位置，即安全点，才发起 STW。这些位置通常是方法调用、循环跳转、异常抛出等，其特点是“可以让程序长时间执行的特征”。

影响：STW 的直接表现就是服务暂停、请求超时、响应延迟升高。对于延迟敏感的应用（如金融交易、实时计算、游戏服务），长时间的 STW 是不可接受的。
衡量指标：评估 GC 性能的两个核心指标都与 STW 有关：
1. 吞吐量（Throughput）：应用程序运行时间 / (应用程序运行时间 + GC 时间)。STW 时间越长，吞吐量越低。
2. 延迟（Latency）：单次 GC 停顿（STW）的持续时间。延迟越低，应用响应越快。

现代垃圾收集器的核心优化方向之一就是尽可能地缩短 STW 的时间，甚至在某些阶段完全消除它。

并发收集：
- 思路：让垃圾收集器线程和应用程序线程同时工作。
- 代表：CMS、G1、ZGC、Shenandoah 等收集器都在标记阶段实现了并发，大大减少了 STW 的时间。它们在初始标记和重新标记阶段仍有短暂的 STW，但主要的标记工作是与应用线程并发进行的。
增量收集：
- 思路：将一次长时间的 STW 暂停，划分为多次短暂的暂停。
- 代表：早期的增量收集器，但效果不如并发收集。
选择低延迟收集器：
- 对于要求低延迟的应用，应选择以低延迟为设计目标的收集器：
  - G1：可以设定预期的最大停顿时间目标（-XX:MaxGCPauseMillis）。
  - ZGC / Shenandoah：革命性的收集器，其 STW 时间不再随堆大小或存活对象数量而增长，而是被控制在极短的亚毫秒级别（通常 < 1ms）。这是通过读屏障、染色指针等先进技术实现的。

特性	说明
STW 本质	JVM 在进行垃圾回收时，暂停所有应用线程的现象。
产生原因	为了保证垃圾回收结果的正确性，避免应用线程与收集器并发修改对象引用。
主要影响	导致应用程序停顿，响应延迟增加。
优化方向	采用并发垃圾收集器（如 G1, ZGC, Shenandoah），将工作负载与应用线程并发执行，最大限度地缩短 STW 时间。

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