GC - 安全点和安全区域

安全点 safe point

是什么? 有什么用?

两种遍历 GC Roots 的方法:

  1. 遍历方法区和栈区查找(保守式GC)
  2. OopMap 数据结构来记录 GC Roots 位置(准确式GC)

通过 OopMap,jvm可以快速且准确地完成 GC Roots 枚举,但是导致引用发生变化的指令非常多,不可能为每一条指令都生成 OopMaps,这也需要大量的额外空间。对应 OopMap 的位置即可作为一个安全点(Safe Point)。

jvm选择在某些“特定的位置”记录这些信息,这些位置就是“安全点”。安全点意味着在这个点时,所有工作线程的状态是确定的,JVM 就可以安全地执行 GC 。

安全点就是某些记录线程此时调用栈、寄存器等一些重要的数据区域里什么地方包含了 GC 要管理的指针(对象引用),而这些对象引用是通过 OopMaps 结构进行记录的,可以直接通过对 OopMaps 结构的访问来获得对象的引用。

安全点的作用就是来表示程序执行到安全点时,可以看作冻结状态,因此安全点选定的既不能太少,导致 GC 等待时间变长,也不能太多,造成系统的负荷。但是大部分的指令执行都很快,程序长时间执行最显著的特征就是“指令复用”,如方法调用、循环跳转、异常跳转等功能的指令才会产生安全点。

如何选定安全点 (避免程序长时间无法进入 Safe Point):

  • 循环的末尾
  • 方法临返回前
  • 调用方法之后
  • 抛异常的位置

GC时线程如何在安全点进入冻结状态?

  • 抢先式中断
    直接粗暴的暂停全部的用户线程,如果发现用户线程并不在安全点上,则继续恢复这条线程继续执行,让他一会再重新中断,直到跑到安全点上为止。(现在几乎没有虚拟机采用这种实现)。

  • 主动式中断
    设置一个标志位,用户线程执行过程中,不停的主动轮询这个标志,一旦发现中断标志为真,自己就在最近的安全点上主动中断挂起。
    这个轮询是否需要进入安全点的动作在每个安全点时发生,这个动作被称之为 polling pointpolling也有开销,这也是上文中我们提到的HotSpot并没每个字节码指令都放置一个 safepoint 的原因。

安全区域 safe region

如果某个线程并没有在执行时怎么办?例如某个线程正在Sleep或者Blocked,那这些线程是无法走到安全点的。为了解决这个问题我们引入安全区域(safe regoin)这个概念。

你可以把它理解为一个扩大的安全点(某个不会发生引用关系变化的区域),例如:线程被挂起,或者线程执行JNI函数等等。

每当线程进入这些安全区域时都会有一个 safe point 检查,以便通知 JVM 此线程已经到达安全区域。并在退出时再次检查此次根节点枚举(或回收)是否已经完成,如果没有,他将继续在这个安全区域挂起。

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