HotSpot的演算法實現

HotSpot的演算法實現概要

1、枚舉根節點

由於目前的主流Java虛擬機使用的都是準確式GC（這個概念在第1章介紹Exact VM對Classic VM的改進時講過），所以當執行系統停頓下來後，並不需要一個不漏地檢查完所有執行上下文和全局的引用位置，虛擬機應當是有辦法直接得知哪些地方存放著對象引用。

在HotSpot的實現中，是使用一組稱為OopMap的數據結構來達到這個目的的，在類載入完成的時候，HotSpot就把對象內什麼偏移量上是什麼類型的數據計算出來，在JIT編譯過程中，也會在特定的位置記錄下棧和寄存器中哪些位置是引用。這樣，GC在掃描時就可以直接得知這些信息了。

2、 安全點

HotSpot沒有為每條指令都生成OopMap，只是在“特定的位置”記錄了這些信息，這些位置稱為安全點（Safepoint），即程式執行時並非在所有地方都能停頓下來開始GC，只有在到達安全點時才能暫停。

2.1 GC時中斷方式

如何在GC發生時讓所有線程（這裡不包括執行JNI調用的線程）都“跑”到最近的安全點上再停頓下來。這裡有兩種方案可供選擇：搶先式中斷（Preemptive Suspension）和主動式中斷（Voluntary Suspension）

2.1.1 搶先式中斷（Preemptive Suspension）

搶先式中斷不需要線程的執行代碼主動去配合，在GC發生時，首先把所有線程全部中斷，如果發現有線程中斷的地方不在安全點上，就恢複線程，讓它“跑”到安全點上。現在幾乎沒有虛擬機實現採用搶先式中斷來暫停線程從而響應GC事件。

2.1.2 主動式中斷（Voluntary Suspension）

主動式中斷的思想是當GC需要中斷線程的時候，不直接對線程操作，僅僅簡單地設置一個標誌，各個線程執行時主動去輪詢這個標誌，發現中斷標誌為真時就自己中斷掛起。輪詢標誌的地方和安全點是重合的，另外再加上創建對象需要分配記憶體的地方。

3、安全區域

使用Safepoint似乎已經完美地解決瞭如何進入GC的問題，但實際情況卻並不一定。Safepoint機制保證了程式執行時，在不太長的時間內就會遇到可進入GC的Safepoint。但是，程式“不執行”的時候呢？所謂的程式不執行就是沒有分配CPU時間，典型的例子就是線程處於Sleep狀態或者Blocked狀態，這時候線程無法響應JVM的中斷請求，“走”到安全的地方去中斷掛起，JVM也顯然不太可能等待線程重新被分配CPU時間。對於這種情況，就需要安全區域（Safe Region）來解決。

安全區域是指在一段代碼片段之中，引用關係不會發生變化。在這個區域中的任意地方開始GC都是安全的。我們也可以把Safe Region看做是被擴展了的Safepoint。

線上程執行到Safe Region中的代碼時，首先標識自己已經進入了Safe Region，那樣，當在這段時間里JVM要發起GC時，就不用管標識自己為Safe Region狀態的線程了。線上程要離開Safe Region時，它要檢查系統是否已經完成了根節點枚舉（或者是整個GC過程），如果完成了，那線程就繼續執行，否則它就必須等待直到收到可以安全離開Safe Region的信號為止。