java - 如何理解LinkedBlockingQueue注释中的cross-generational linking导致了更频繁的major GC？

Question

在阅读LinkedBlockingQueue源码时，有段关于弱一致性迭代器实现的注释：

     /*
     * To implement weakly consistent iterators, it appears we need to
     * keep all Nodes GC-reachable from a predecessor dequeued Node.
     * That would cause two problems:
     * - allow a rogue Iterator to cause unbounded memory retention
     * - cause cross-generational linking of old Nodes to new Nodes if
     *   a Node was tenured while live, which generational GCs have a
     *   hard time dealing with, causing repeated major collections.
     * However, only non-deleted Nodes need to be reachable from
     * dequeued Nodes, and reachability does not necessarily have to
     * be of the kind understood by the GC.  We use the trick of
     * linking a Node that has just been dequeued to itself.  Such a
     * self-link implicitly means to advance to head.next.

大概直译下是：
为了实现弱一致性迭代器，我们似乎需要保证前一个出队结点到所有结点的GC可达性。这可能会导致两个问题：
-允许行为异常（rogue）的迭代器会造成无限的内存保留
-如果一个结点在活着的时候进入老年代了（tenured），迭代器会造成旧结点到新结点的跨代联系，分代GC很难处理这种链接，导致重复的老年收集（major collections）
不过，只要有出队的结点需要可达到未删除的结点这个概念，可达性就没有必要由GC理解。我们会通过将已离队的结点连接到自己的方法，这样的自我连接暗指迭代器需要到head.next结点

个人理解下，保证前一个出队结点到所有结点的GC可达性的队列应该是这样的（current是迭代器的指针）：

第一点倒好理解，current和head间的出队结点数量是可以无限增加的——只要current不动，队列又不断地入队出队，current和head间的结点就会不断地增加，导致这部分的内存也不断地增加。

但是第二点就不清楚具体是什么意思，为什么旧结点变成老年代后，和新生代结点的跨代联系（cross-generational linking）会导致更频繁的major GC呢？是因为离队的结点理应被GC回收却回收不了，变成老年代之后占据了老年代的空间，老年代剩余空间变少导致major GC更频繁吗？

Answer 1

理解LinkedBlockingQueue中的"cross-generational linking"与更频繁的major GC

在Java的垃圾回收（GC）机制中，特别是使用分代收集器（如CMS, G1等）时，堆内存被划分为几个代（通常是年轻代和老年代）。年轻代用于存放新生成的对象，这些对象通常很快变成不可达并被GC回收。老年代则存放存活时间较长的对象。

在LinkedBlockingQueue的上下文中，当谈到"cross-generational linking"时，它指的是在GC过程中，老年代的对象（已经经过多次GC仍然存活的对象）与新生代的对象之间建立了直接引用关系。这种跨代的引用关系会对GC性能产生负面影响，原因如下：

1. GC策略差异：年轻代和老年代的GC策略通常不同。年轻代通常使用复制算法或标记-清除-压缩算法，这些算法可以快速回收大量短命对象。而老年代则使用标记-清除或标记-整理算法，这些算法处理起来相对较慢。跨代引用会迫使GC在处理年轻代时也要考虑老年代的对象，增加了处理的复杂性。
2. 空间碎片化：跨代引用可能导致老年代空间碎片化。如果老年代的对象频繁引用新生代的对象，而这些新生代对象又被快速回收，就会在老年代留下大量空洞，降低空间利用率。
3. 增加major GC的触发频率：当老年代空间不足时，会触发major GC（即老年代的垃圾回收）。如果由于跨代引用导致老年代空间被快速填满（例如，由于新生代对象本应被回收却因跨代引用而保留），那么major GC的触发频率就会增加。
4. 处理时间延长：由于跨代引用，GC在扫描和处理对象时需要跨越不同的代，这增加了GC的处理时间，可能导致应用程序的暂停时间变长。

在LinkedBlockingQueue的实现中，为了避免这种跨代引用，采用了将已离队的结点连接到自己的技巧。这样，即使迭代器持有了某些结点的引用，这些引用也只是指向结点自身，不会指向队列中的其他结点，从而避免了跨代引用的问题。这种做法确保了即使迭代器存在，也不会阻止队列中的结点被GC回收，从而避免了因跨代引用导致的性能问题。

总结来说，跨代引用在LinkedBlockingQueue中会导致更频繁的major GC，主要是因为它增加了老年代空间的占用率，使得老年代更快地被填满，从而触发了更多的major GC。通过避免跨代引用，可以减少GC的复杂性和开销，提高应用程序的性能。