This teamwork project is one of the projects for the class USTC-Compilter-H, which is focused on the mechanism of the Java Garbage Collection and researches on kinds of GC algorithms.
本项目是中国科大编译原理(h)课程中团队项目中的一个,针对的是“Java Garbage Collection 与各种GC算法”。
git@github.com:USTC-Compiler-H-Team-10/teamwork.git
| job | name | GitHub |
|---|---|---|
| 队长 | 齐炜祯 | qiweizhen |
| 成员 | 黄一凡 | GhostScreaming |
| 成员 | 金泽文 | leo2589 |
本组研究的课题为“Java Garbage Collection 与各种GC算法”。 WikiPedia 对 Garbage Collection 的定义如下:
In computer science, garbage collection (GC) is a form of automatic memory management. The garbage collector, or just collector, attempts to reclaim garbage, or memory occupied by objects that are no longer in use by the program
几乎现代编程语言都使用了动态内存分配，在内存有限的环境下，回收运行过程中不再需要的对象，重新释放内存就显得尤为重要。通常有两种回收策略：显示内存释放和自动动态内存管理。显示内存释放由程序员负责回收使用的内存，但常出现过早回收（引发悬挂指针问题）和未释放内存（引发内存泄露问题）两大错误。此外，考虑内存分配也大大提高了编程方案的复杂性。实际中，我们常使用自动动态内存管理方案。GC 则是管理中实现回收的重要步骤。
实现GC有几种经典算法，如：标记-清除算法——对所有堆中活动对象进行标记，把剩余没有标记的对象进行清除；引用计数法——每个对象记录有多少个程序在引用自己，计数为0的对象被释放；GC复制算法——将某个内存分配完的空间里的活动对象整理后，复制到另一个未被分配的活动对象，释放原内存的所有对象；GC标记-压缩算法——结合了GC标记-清除算法和复制-压缩算法，和GC标记-清除算法一样，先进行标记，然后搜索数次堆进行压缩，重新装填活动对象（不用牺牲半个堆）。
具体实现GC时，为了提升回收效率，还有分代垃圾回收算法——给每个对象记录年龄，优先回收容易成为垃圾的对象；增量式垃圾回收算法——通过逐渐推进垃圾回收来控制mutator最大暂停时间。
本次项目，我们准备了解探究GC的经典算法，每个算法实现一些实例，最后调研java语言中GC的具体实现策略。
任务和分工
已经完成了之前制定的任务计划：调研若干个经典算法，以及JAVA中GC的算法使用情况。具体完成效果如下：
齐炜祯：调研GC复制算法、标记压缩法、增量式垃圾回收算法
黄一凡：调研GC标记-清除算法、引用计数法、分代垃圾回收
金泽文：调研JVM中GC算法的使用
讨论记录
QQ群: 30分钟 + 图书馆四楼讨论区: 40分钟
第一阶段的任务已经完成；
分享各自学习心得；
讨论制定接下来的目标和计划
QQ群: 40分钟
交流了各自找到的资料；具体分配任务。
QQ群: 40分钟
确定课题，开始准备。
进展记录及问题
第一阶段就完成了项目简介中计划的内容；调研成果在任务分工中已经给出了链接。因此商讨下一步的研究方向。现在遇到的问题是后面的工作需要重新指定，现在确定了若干个有可能进行的希望，但是暂时不能完全确定。
下一步的计划
因为前面指定的计划（探索经典GC算法）已经被完成掉了，因此商讨出下面探索的方向，并会在进一步探索后具体确定。
探索方向：
- 尝试探索JVM源码，分配任务阅读JVM的GC源码；
- 如果有可能，在探索JVM后，确定造JVM的小轮子或者改写or实现JVM中GC部分的难度和可行性。
- 探索现在最前沿的GC算法，阅读新发表的论文。
- 对C语言的malloc函数进行封装，并实现GC函数，为C语言提供垃圾回收机制。
后面的任务将会探索以上四个方向，并选择最合适的方向进行。
任务和分工
完成了对上一阶段计划的探索调研，并确定方向开始了相关工作：尝试阅读JVM的GC源码；调研实现JVM中GC轮子的难度和可行性；调研业界最前沿的GC算法，调研近些年的论文；通过封装C语言的malloc等函数，实现GC算法，为C语言提供垃圾回收机制。具体调研及完成效果如下：
齐炜祯：调研论文-Android O的GC实现 、 调研C语言垃圾回收的开源项目
黄一凡：调研JVM中不同种类的垃圾收集器
金泽文：进一步调研JVM中GC机制的细节
讨论记录
QQ群: 30分钟 + 图书馆四楼讨论区: 45分钟
第二阶段的调研任务基本完成；
分享各自调研情况；
讨论并确定、分配了最后阶段的工作任务以及方向。
QQ群: 30分钟
交流了各自的进展。
进展记录及问题
第二阶段的调研任务基本完成，四个方向都进行了基本的了解，并商讨了最后阶段的深入研究方向。： JVM的GC源码深入调研可行，决定进一步阅读，并深入理解； 实现JVM的小轮子难度较大，放弃； 调研业界最前沿的GC算法，调研近些年的相关论文，探索了近几年有关GC的论文，突破极小。基本上都是在特定的场合下优化改进传统GC算法的一些细节，调研了Android O的最新GC框架； 调研发现对C语言的垃圾回收实现可行，决定通过开源项目进一步自行实现。
之前遇到的问题基本通过本次调研得到的解决。接下来根据确定的方向进一步深入。
下一步的计划
结合上面的进展记录部分的结果，商讨出下面探索的方向。 探索方向：
- 进一步阅读JVM的GC源码，并深入理解。目标：分析到源码各个函数；
- 通过进一步调研C语言垃圾回收的开源项目，对C语言独立实现垃圾回收机制。目标：实现C语言的简单garbage collector。
任务和分工
详细分析C语言开源项目，尝试用C语言实现简单的garbage collector。阅读完JVM的shared和Serial GC模块。根据组间交流，完善了之前工作的不足，调研了Java9 GC的新特性。
齐炜祯：C语言Garbage Collector的源代码分析 、尝试用C语言实现GC复制算法、尝试用C语言实现GC标记-清除算法，写好自己之前工作的PPT
黄一凡：Java9 GC机制的新特性，完善之前工作的不足，汇总PPT
金泽文：HotSpot-jdk9的GC源码分析，写好自己之前工作的PPT
讨论记录
1.12
组间交流：30分钟（QQ群）
QQ群：30分钟
两个组交流了各自工作进展，提出了对彼此工作的建议（记录在issue中）。组内交流了各自的进展，根据组间交流内容，完善了先前工作的不足
1.13
组间交流：60分钟（QQ群）+图书馆四楼讨论区：30分钟
汇报了每个人工作的成果，讨论了presentation的汇报内容。
进展记录及问题
第三阶段的调研任务基本完成。详细分析开源C语言GC项目，尝试用C语言实现Garbage Collector（GC复制算法和标记-清除算法），基本阅读完了HotSpot-jdk9的GC部分，将理解记录在笔记里。通过组织间交流，完善了之前工作的一些不足，加深了对我们工作的理解。调研了java9 GC的新特性，为什么用G1替代CMS。
在用C语言实现Garbage Collector时遇到了一些问题，记录在文档中。
之前的遇到的问题基本解决，并且完成了之前的计划。
文献及引用和参考链接
Mark and Sweep Garbage Collector in C - GitHub开源项目
Performance and Memory Improvements in Android Run Time (ART) (Google I/O '17) - youtube
Garbage-First Garbage Collection
What’s the difference between concurrency and parallelism