JVM 安全点的理解

梅川苦茶字
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安全点（Safe Point）

在应用运行的过程中，能导致OOP Map改变的情况有很多，若每一次就去生成对应的OOPMap，那就会占用大量的内存空间，所以我们需要引入安全点的概念

安全点，就是在当程序执行在这条指令时，程序的状态已经确定，再往下走在短暂时空内不会再对栈帧内的的对象引用等造成影响，所以OOP Map只会在安全点的时候进行生成，当线程执行到安全点这个特殊区域时，线程的状态应该是稳定的，没用对象引用的改变，使用了哪些对象，内存也不会变化
所以安全点位置的选取基本上是以“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的，例如方法调用、循环跳转、异常跳转 等 （这段摘自书籍《深入理解Java虚拟机第三版）
通俗的讲就是以下几种状态：

  • 所有的非计数循环的末尾
  • 所有方法返回之前
  • 每条 Java 编译后的字节码的边界
public void test(){
    //栈引用
    Object o1 = new Object();
    Object o2 = new Object();
    //对象内引用
    o1.setObj(new Object());

    //进入安全点
    return;
}

安全点的数量不能太多也不能太少

  • 太多会频繁生成OOP Map造成性能损耗
  • 太少会导致线程进入安全点的时间变长，收集器等待的时间也会变长

当gc开始时，如何让所有用户线程到达安全点并停顿，提供了两种解决方案

  • 抢先式中断(Preemptive Suspension）
    在gc时，系统先中断所有用户线程，若发现有线程不在安全点上，则执行它直到它到最近的安全点上

  • 主动式中断(Voluntary Suspenstion)
    设置一个中止标志不停轮询，若标志为真时，线程就自行寻找到最近的安全点更新OOP Map后自行暂停等待gc执行

现在的虚拟机基本采用主动式中断，如HotSpot

那么主动式中断是如何轮询安全点的呢？ 我们先来理一下线程执行到进入安全点挂起等待gc的过程

graph TD
线程runing --> 不断轮询 --> 若为标志为真  --> 不在安全点上则前往安全点

重点就是不断轮询的过程，每个线程都需要去轮询标志，处理不好也会造成一定的内存空间使用，所以HotSpot使用了内存保护陷阱的方式来完成安全点轮询和线程中断的功能

下面是HotSpot生成的轮询指令，线程不停执行该指令，当需要线程中断时，虚拟机将0x160100的内存页设置为不可读（标志为真），当线程指定到test指令时，就会产生自陷异常信号，那么虚拟机预先注册的异常处理器则会挂起当前线程

image.png

那么还有一种情况呢？如果在gc发起前线程已经处于sleep或者blocked状态了呢？那是要等他脱离挂起状态主执行到安全点还是放任不管趁机gc呢？这就要引入安全区域的概念了

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