面试题：Java并行垃圾回收中线程协调的基本机制是什么

Question

请简要阐述Java并行垃圾回收过程里线程之间是如何进行协调工作的，包括常见的线程交互方式和目的。

Answer 1

线程交互方式

1. 并发标记阶段：
   • 工作线程：应用程序的工作线程继续运行，同时垃圾回收线程开始并发标记堆中存活对象。工作线程在运行过程中创建新对象、修改对象引用关系等操作。
   • 标记线程：标记线程通过与工作线程协作，使用写屏障（Write Barrier）技术。当工作线程修改对象引用时，写屏障会记录下这些变化，让标记线程能够正确追踪到新的引用关系，确保不会遗漏对存活对象的标记。这种方式允许垃圾回收标记过程与应用程序并发执行，减少应用程序暂停时间。
2. 并行清理阶段：
   • 多个清理线程：多个垃圾回收清理线程并行工作。它们会划分堆空间，各自负责清理分配给自己的那部分堆内存空间。这些线程之间通过共享的数据结构（如全局的空闲列表）来协调，避免重复清理同一个区域，并且在清理完成后，会更新全局的堆内存状态信息。
3. 并发预清理阶段：
   • 工作线程：继续运行应用程序。
   • 预清理线程：预清理线程会在并发标记完成后，在应用程序运行过程中，收集在并发标记阶段之后工作线程产生的新垃圾对象信息。与并发标记阶段类似，也会使用写屏障来追踪对象引用的变化，为后续更高效的清理做准备。

目的

1. 提高垃圾回收效率：通过并行和并发的方式，充分利用多核处理器的性能。例如在并行清理阶段，多个清理线程同时工作，加快了垃圾对象回收和堆内存空间整理的速度，相比单线程清理能更快地释放内存资源，使应用程序能更及时地获取可用内存。
2. 减少应用程序暂停时间：在并发标记和并发预清理阶段，垃圾回收线程与应用程序工作线程并发执行。通过写屏障等技术协调两者工作，让垃圾回收标记等操作尽可能在应用程序运行时完成，而不是让应用程序长时间暂停等待垃圾回收完成，从而提高应用程序的响应性和用户体验。
3. 确保垃圾回收正确性：通过线程间的协作，如写屏障追踪对象引用变化，使得垃圾回收过程能够准确识别存活对象和垃圾对象。在清理阶段，通过共享数据结构协调清理区域，保证所有垃圾对象都被正确回收，且不会误回收存活对象，维护堆内存的一致性和稳定性。