HotSpot的算法实现

￡神魔★判官ぃ 2021-09-24 01:28 252阅读 0赞

### HotSpot的算法实现 ###

*  枚举根节点
 *  安全点
 *   *   *  抢先式中断（Preemptive Suspension）
         *  主动式中断（Voluntary Suspension）
 *  安全区域

# 枚举根节点 #

因为目前的主流Java虚拟机使用的都是准确式GC，所以当执行系统停顿下来后，并不需要一个不漏地检查所有执行上下文和全局的引用位置，虚拟机应该是有办法直接得知哪些地方存放着对象引用。  
在HotSpot的实现中，是使用一组称为**OopMap**的数据结构来达到这个目的的，在类加载完成的时候，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。这样，GC在扫描时就可以直接得知这些信息了。在OopMap的协助下，HotSpot可以快速且准确地完成GC Roots枚举。  
\*\* 缺点：\*\*  
可能导致引用关系变化，或者说OopMap内容变化的指令非常多，如果为每一条指令都生成对应的OopMap，那将会需要大量的额外空间，这样GC的空间成本将会变得很高。

# 安全点 #

实际上，HotSpot也的确没有为每条指令都生成OopMap，只是在“特定的位置”记录了这些信息，这些位置称为安全点（Safepoint），即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在到达安全点时才能暂停。  
Safepoint的选定既不能太少以致于让GC等待时间太长，也不能过于频繁以致于过分增大运行时的负荷。所以，安全点的选定基本上是以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的——因为每条指令执行的时间都非常短暂，程序不太可能因为指令流长度太长这个原因而过长时间运行，“长时间执行”的最明显特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint。  
对于Sefepoint，在GC发生时让所有线程（这里不包括执行JNI调用的线程）都“跑”到最近的安全点上再停顿下来的方案：

### 抢先式中断（Preemptive Suspension） ###

抢先式中断不需要线程的执行代码主动去配合，在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不在安全点上，就恢复线程，让它“跑”到安全点上。现在几乎没有虚拟机实现采用抢先式中断来暂停线程从而响应GC事件。

### 主动式中断（Voluntary Suspension） ###

主动式中断的思想是当GC需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单地设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起。轮询标志的地方和安全点是重合的，另外再加上创建对象需要分配内存的地方。

# 安全区域 #

> 一般把安全区域（Safe Region）看做是被扩展了的Safepoint。

Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint。但是，当没有分配CPU时间的时候，典型的例子就是线程处于Sleep状态或者Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走”到安全的地方去中断挂起，JVM也显然不太可能等待线程重新被分配CPU时间。这时候就需要安全区域来解决。  
安全区域是指在一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的。我们也在线程执行到Safe Region中的代码时，首先标识自己已经进入了Safe Region，那样，当在这段时间里JVM要发起GC时，就不用管标识自己为Safe Region状态的线程了。在线程要离开Safe Region时，它要检查系统是否已经完成了根节点枚举（或者是整个GC过程），如果完成了，那线程就继续执行，否则它就必须等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。