JVM 安全点 Safepoint

最近在看 ZGC 的某些具体的实现, 有篇文章对了从 Serial GC, 到 parallel GC, 再到CMS, 然后到G1, 最后到如今的ZGC, 其中一个重要的差别就是把很多GC 时间(STOP the world)要做的事情移到并发去做的过程. 其实这是一个从简单到复杂的过程, 也是一个从粗放到逐步精细控制的过程. 最终的结果就是在GC的时间点上, 做的事情越来越少.

如果讨论到GC 的时间点, 其中一个重要的事情, 就是安全点(Safepoint), 它是一个让所有业务线程在某个点全部停下来的过程, 由于有很多业务线程, 让它们同时停下来, 就涉及到一个协调机制, 如何让这些线程在不影响业务线程的情况下, 以最快的速度停下来, 就显得非常重要.

什么是JVM Safepoint

JVM（Java虚拟机）中的Safepoint是一种机制，用于确保所有线程在执行某些特定的系统级操作之前达到一个已知且一致的状态。这些系统级操作通常包括垃圾收集（GC）、线程栈的展开、代码重优化以及一些运行时系统的更新等。

在Safepoint期间，JVM会暂停所有的Java线程执行（也就是所谓的“Stop-The-World”暂停），直到所有线程都到达Safepoint。这样可以确保在进行这些操作时，不会有任何线程在执行Java字节码，从而避免了潜在的数据不一致和竞争条件。

JVM 可以在那些代码区域达到安全点?

  1. 方法调用边界：当一个方法被调用时，可能会在调用前后插入Safepoint检查。这是因为方法调用是程序执行中的自然中断点，且通常是执行时间较长的操作。
  2. 循环回边：在循环结构中，循环的末尾（即循环要重新开始的地方）是达到Safepoint的一个常见位置。这样做是为了防止长时间运行的循环阻止系统达到Safepoint。
  3. 显式的Safepoint检查点：JVM的即时编译器（JIT）可能会在生成的机器代码中的特定位置插入显式的Safepoint检查。这些检查通常会在执行时间较长的代码段中进行。
  4. 同步操作：当线程尝试进入或退出同步块（synchronized block）或方法时，也可能会进行Safepoint检查，因为这些操作涉及到锁的获取和释放。
  5. 异常抛出点：当程序抛出异常时，可能会在异常处理之前达到Safepoint，因为异常处理涉及到栈的展开和控制流的改变。
  6. 线程状态变化：当线程状态发生变化时（例如，从运行状态转为等待或休眠状态），也可能会进行Safepoint检查。

其他：JVM实现还可能在其他不那么明显的地方插入Safepoint检查，这些通常是由于特定的实现细节和优化策略。

其它

  1. Safepoint 在 Java 语言规范里没有涉及, 但是每个 JVM 实现都有 Safepoint;

  2. 什么时候需要安全点 Safepoint?

    1. GC 某些阶段的时候;
    2. JVM TI 捕获 stacktrace 的时候;
    3. 类重新定义的时候(Class redefinition), 比如 BCI 代码 Instrument 的时候;
    4. 捕获 heap dump 的时候;
    5. 锁膨胀的时候 (monitor deflation);
    6. 锁从偏向锁取消的时候(Lock unbiasing);
    7. 方法逆优化的时候(Method deoptimization);
    8. 其它...
  3. 对于 Zing JVM 实现, 分为全局安全点( global Safepoint) 和 线程安全点 (Thread Safepoint), 对于 Hotspot (Oracle/OpenJDK)系列只有全局安全点;
  4. 所有的 JVM 实现都在某些地方需要全局安全点( global Safepoint);

参考:

http://psy-lob-saw.blogspot.com/2016/02/why-most-sampling-java-profilers-are.html
http://psy-lob-saw.blogspot.com/2015/12/safepoints.html
https://psy-lob-saw.blogspot.com/2014/03/where-is-my-safepoint.html

google search: with-gc-solved-what-else-makes-jvm-pause

使用CSS伪元素和动画实现光标闪烁效果

当用户在 chatGPT 输入问题之后, 并且chatGPT 尚没有返回的时候, 我们会看到有个黑色的圆点在闪烁. 如何实现这么一个闪烁的圆点?

以下是现实代码:

.toggle-text::after {
    font-size: 12px;
    animation: toggle 1s infinite;
    content: '⚫';
  }

  @keyframes toggle {
    0%, 50% {
      opacity: 0;
    }
    50.01%, 100% {
      opacity: 1;
    }
  }

<div class='toggle-text'>text</div>

这里面用到的技术

  1. CSS 伪元素: 这里的 ::after 就是CSS 伪元素, 它们都不是真实存在的元素. 它不属于对应的html 元素, 而是在它之后, 当然还有很多其它伪元素.
  2. CSS 动画: 这里通过 animation 来实现动画. 动画的帧通过配合 @keyframes 来完成.
  3. @keyframes 通过 opacity 来实现透明度, 造成闪烁的效果.
  4. 这里插入的是 ⚫, 其实它是一个 unicode 字符, 还有更小的点, 也可以给他改变font 大小, 颜色等. 还有其它各种 unicode 表示的点. 看这里: https://www.unicodepedia.com/groups/geometric-shapes/

python flask 实现 SSE

这是最近2年第二次需要 server-sent events(SSE). 需求都是一样, 某个页面的需要后台去处理一个很长的请求, 后台处理至少要30秒钟. 这30多秒可以让用户去等, 但是有点长. 所以, 可以通过不断的把处理的进度和处理的中间结果尽快的展示到页面上显得尤为重要. 因此可以通过SSE把服务端到最新更新及时发送到页面, 让用户等等不是那么烦躁.

什么是 server-sent events

server-sent events 主要用来解决服务端要实时发送数据到客户端到情况. 比如最新的股票实时行情, 网页游戏服务端的实时数据, 视频/音频信息流等数据. 服务端随时可以推送数据到客户端, 客户端接收并处理. 但是客户端在第一次发送请求到服务端之后, 不会再发送新请求到服务端, 只能被动接收服务端到推送数据. 但是客户端可以选择随时关闭连接, 不再接收新数据. 这也是SSE 区分于 WebSockets 的一个重大区别.

server-sent events 客户端的接口

完全的文档可以看这里(https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Server-sent_events/Using_server-sent_events), 讲的很清楚.

客户端发起连接请求

const evtSource = new EventSource("//api.example.com/sse", {
  withCredentials: true,
});

客户端接收到匿名event

客户端处理:

evtSource.onmessage = (event) => {
  console.log(event);
};

这个时候, 服务端发送的数据是:

data: some text

# 或者是:
data: {"name": "eric", "age": 55}

客户端接收到命名event

客户端处理:

evtSource.addEventListener("myEventName", (event) => {
  console.log(event);
});

这个时候, 服务端发送的数据是:

event: myEventName
data: {"name": "eric", "age": 55}

客户端收到的注释(comment)

服务器可以发送以 : 开头的数据, 这时候客户端会认为这是没有任何意义的数据, 只是注释, 这通常只是用来保持这个连接, 不让它断掉. 比如

: this is a comment

服务端和客户端通信的协议

通过上面的例子可以看到, 2端其实都是纯文本行的数据发送与接收. 每行都是以 key: value 的形式表示的, 除了注释行, 它没有key, 是以 : 开头的一行.

允许的key 只有以下几种可能:

  1. event: event 的名字, 没有名字就默认是匿名事件.
  2. data: event的内容, 可以连续2行或多行都是 event: value 的形式, 这时候客户端浏览器会自动拼接2行或多行成一行, 拼接处加上换行符.
  3. id: event 的id, 可以没有.
  4. retry: 服务端发送给客户端, 当它侦测到断连之后, 多久才能发起重连断时间毫秒数.

所有不符合 key: value (这里的key是上面的4种) 和 : some comment 的形式, 都被认为是无效的.

客户端关闭连接

客户端通过下面的形式关闭连接:

evtSource.close();

客户端发现错误

客户端通过下面的代码做出错处理:

evtSource.onerror = (err) => {
  console.error("EventSource failed:", err);
};

关于客户端 EventSource 的所有API: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/EventSource

服务端的代码

其实客户端的代码相对来说比较统一, 浏览器都是统一规范. 服务端有不同的服务器语言, 实现起来却可能有差异. 比如 Java 的 JAX-RS 里面就有专门处理 SSE 的API.

今天我们就看一下 Python 里面是如何实现的.

python Flask 的实现

对于大家经常用到的 Flask, 如果你搜索 Flask SSE, 结果第一的是 https://flask-sse.readthedocs.io/en/latest/quickstart.html, 但是你点进去看, 发现它竟然使用 redis 去实现 SSE, 这相当于我又要安装一个 redis server. 这可都重的.

其实不需要这么实现, 也能达到 SSE 的效果. 服务端的代码如下:

import time
from flask import Flask, stream_with_context

@app.route('/sse')
def handle_sse_stream():
    def generate_event():
        while True:
           yield f'data: {"time": time.time()}\n\n'
           sleep(1000)
        
    return Response(stream_with_context(generate_event()), mimetype='text/event-stream')

上面的函数里面通过一个生成器, 不断的生成新的事件, 然后发送给客户端.

改进

通常我们的代码不会仅仅在那里sleep, 然后发送一个时间, 但是它可以每隔一段时间查询数据库去看最新的状态, 然后发送最新的状态给客户端. 比如上面的 yield 行的代码可以改成:

yield f'data: {"status": get_db_status()}\n\n'

进一步改进

上面的代码其实要求有一个数据库或者共享的组件来协调, 如果在同一个服务器上, 可以通过 queue.queue 这个队列来组成生产者/消费者 消息队列来传递消息.
上面的代码可以改成如下的方式:

def generate_event(queue):
    while True:
       yield f'data: {"msg": queue.get()}\n\n'
       sleep(1000)

这就解决了需要一个中间件来协调的问题.

总结

对于基于 Python flask 的 SSE, 其实可以通过 flask的 stream_with_context() 和 生成器来实现, 再通过 queue.queue 就实现了服务器内部的异步通信.

chrome 插件 SwitchyOmega 突然不能用 ERR_MANDATORY_PROXY_CONFIGURATION_FAILED

今天早上到公司, 任何网站都打不开了, 本地起的服务器本地端口都打不开. 出现如下页面:
not.png

症状

  1. 如果不用 SwitchyOmega 插件, 网站是可以打开的.
  2. 如果单单使用代理能打开墙外网站.
  3. 如果使用 Auto Switch 全都打不开.

我有一个墙外 proxy, 一个公司 PAC script. 然后使用前面2个组装一个 Auto Switch.

分析

根据症状分析 Auto Switch 里面的 公司 PAC script 出问题了. 于是检查 PAC script. 如下图:
php.png

竟然是一个 php 脚本, 这是???

说明公司的 PAC 脚本的服务器应该是 php 的, 它现在直接源文件返回了. 如果查看里面的php 内容, 发现它其实是产生 PAC 的脚本.

最后发现原来是公司这个 PAC 的服务器间歇性出问题, 有时候返回真正的 PAC, 有时候返回 php.

由 Transfer-Encoding chunked 引起的 site issue

Transfer-Encoding: chunked 介绍

Transfer-Encoding 是 HTTP 1.x 版本的一个header, 设置 payload 传输时候的一种编码. 可能的编码格式有: chunked, compress, deflate, gzip. 可以同时设置多个兼容的值. 这个header 只适用于 hop to top, 不适用于整个连接. 如果你想在整个连接上使用压缩算法, 应该使用 Content-Encoding header.

使用 Transfer-Encoding 的例子:

Transfer-Encoding: gzip, chunked

为什么要使用 chunked

假如一开始就知道要传输多长的payload 数据, 就可以使用 Content-Length header.
chunked: 一般因为一开始并不知道要传输多长的payload数据, 所以要一块一块传输, 在每一块的头上标注这一块有多长.
例子:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain
Transfer-Encoding: chunked

7\r\n
Mozilla\r\n
11\r\n
Developer Network\r\n
0\r\n
\r\n

payload header

HTTP 1.x 的 header 分为

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6. 6
  7. 7
  8. ...
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