JVM----根节点的枚举, 安全点与安全区域

本文源自《深入理解Java虚拟机》,探讨了JVM在垃圾回收时如何进行根节点枚举,以及如何确定安全点和安全区域以确保一致性。OopMap用于辅助快速准确地枚举根节点,而安全点的选择基于程序长时间执行的特征,如方法调用和循环。安全区域则解决了线程在Sleep或Blocked状态下无法响应中断的问题,确保在区域内GC的安全性。

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本篇来自周志明的<<深入理解java虚拟机>>

枚举根节点

  以可达性分析中从GC Roots 节点找引用链这个操作为例,可作为GC Roots 的节点主要在全局性的引用(例如常量或类静态属性)与执行上下文(例如栈帧中的本地变量表)中,现在的很多应用仅仅方法区就有数百兆,如果要逐个检查这里面的引用,那么必然会消耗很多时间。

  另外,可达性分析对执行时间的敏感还体现在GC停顿上,因为这项分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行—这里的一致性的意思是指在整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上,不可以出现在分析过程中对象引用关系还在不断的变化,该点不满足的话分析结果的准确性就无法得到保证。这点导致GC进行时必须停顿所有Java执行线程(Sun称这件事情为“Stop The World”)的其中一个重要的原因,即使在号称(几乎)不会发生停顿的CMS收集器中,枚举根节点时也是必须要停顿的。

  目前主流的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,并不需要一个不漏的检查完所有的执行上下文和全局的引用位置,虚拟机应当是有办法直接得知哪些地方存在着对象引用。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。

安全点

在OopMap的协助下,HotSpot可以快速且准确地完成GC Roots枚举,但一个很现实的问题随之而来: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。

实际上,HotSpot也的确没有为每条指令都生成OopMap,前面已经提到,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G

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