垃圾收集器与内存分配策略之HotSpot的算法实现

Posted 2020-09-30 PrivateO2

垃圾收集器与内存分配策略(三)——HotSpot的算法实现

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　　在HotSpot虚拟机上实现这些算法时，必须对算法的执行效率有着严格的考量，才能保证虚拟机高效地运行。

1、 枚举根节点

　　采用可达性分析从GC Roots节点中找引用链为例

　　存在的缺点：
　　１、在前面找出还存活对象时，采用可达性分析从GC Roots节点中找引用链时，可作为GC Roots的节点主要在全局性的引用（方法区的常量或类静态属性引用）与执行上下文（虚拟机栈栈帧中的本地变量表或本地方法栈中的Native方法的引用）中，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，必然会消耗很多时间。

　　２、可达性分析对时间的敏感还体现在GC停顿上，因为这项工作必须在一个能确保一致性的快照中进行。“一致性值的是”GC进行时必须停顿所有Java执行线程（Stop The World）。

　　HotSpot的解决方式
　　１、当执行系统停下来时，不需要检查完所有的全局和执行上下文的引用位置，HotSpot采用一组称为OopMap的数据结构来记录那些地方存放着对象的引用。

　　２、JIT（即时编译）编译过程中也会在特定位置记录下栈和寄存器中那些位置是引用。

2、 安全点

　　如果为每一条指令都生成对应的Oopmap,会需要大量的额外空间，GC成本增高。其实HotSpot虚拟机并不是在为每条指令都生成了Oopmap,程序执行时也并非在任何地方都能停下来开始GC，只能到达特定位置才能开始记录，这些特定位置称为安全点（Safepoint）。

　　安全点的选择：是否具有让程序长时间执行的特征（比如：方法调用，循环跳转，异常跳转等）。

　　在GC发生时如何让所有线程跑到最近的安全点再停止有二种方案：

　　１、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。

　　２、主动式中断：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。

3、 安全区域

　　当程序不执行的时候即没有分配CPU时间，比如：线程处于Sleep状态或Blocked状态，对于这种情况就需要安全区域（Safe Region）来解决。

　　安全区域指在一段代码片段中，引用关系不会发生变化。在这个区域的任意地方开始GC都是安全的，或则可以将安全区域看做时扩展过得安全点。

　　安全区域工作原理：在线程中执行到安全区域的代码时，首先标识自己已经进入了安全区域，若在这段时间JVM要发起GC时，就不用管标识自己为安全区域状态的线程了。在线程执行完安全区域的代码要离开安全区域时，当前线程要检查当前系统是否已经完成了根节点枚举（或是整个GC过程），若系统已完成则可以离开安全区域；若系统未完成，则它就必须等待直到可以离开安全区域为止。