概述

介绍HotSpot虚拟机在实现内存回收算法中几点具体的实现。

枚举根节点

在实现可达性算法时，HotSpot需要从GC Roots开始查找引用链，所以我们需要知道哪些对象可以作为GC Roots。当我们枚举根节点时，整个系统的对象引用关系不能发生改变，否则得到的对象引用就不是准确的，所以说枚举根节点时，系统需要停顿所有java执行线程(Stop The World)，保证得到的对象引用关系的准确性。

遇到的问题

我们需要知道：GC Roots主要在全局性引用（例如常量或类静态属性）和执行上下文（例如栈帧中的本地变量表）中；如果我们一个不漏地检查完所有执行上下文和全局的引用位置，消耗的时间就大了（况且还是在java执行停顿的情况下）。

解决方法

由于逐个遍历花费的时间过长，目前主流虚拟机都是准确式GC，HotSpot通过一组称为OopMap的数据结构得知哪些地方存放着对象引用。类加载时，HotSpot将对象中偏移量的数据类型计算出来；JIT编译过程中，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扫描时就可以直接得知这些信息。

安全点

遇到的问题

在OopMap协助下，HotSpot能快速完成GC Roots枚举。随之而来的问题是：随着OopMap内容变化的指令变多，如果为每一个指令都创建OopMap，将消耗大量额外空间，GC成本会变高。

解决方法

程序执行时，只会在“特定位置”创建OopMap，换句话说，程序只会在特定位置进行GC，这里所说的特定位置就是安全点。当程序执行到安全点时，才会停顿下来进行GC。

安全点的选取

以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定。“长时间执行”的最明显特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint

如何在GC发生时，让所有线程“跑”到安全点时才停顿？

抢先式中断

概念

当GC发生时，先中断所有线程，当线程不在安全点上，则恢复线程，让线程“跑”到安全点上。

主动式中断

概念

这是现在的大多数商业虚拟机使用的中断模式。
当发生内存回收，GC需要中断线程时，不直接对线程进行操作，而是设置一个中断标志，线程执行时主动轮询（即定时任务）这个标志，发现标志为真，自动挂起。

中断标记的位置

• 安全点
• 创建对象需要分配内存的地方

安全区域

遇到的问题

当程序不执行时，例如线程处于sleep状态或者Blocked状态时，线程无法响应JVM的中断请求，没有办法“跑”到安全点中断挂起；如果等待线程重新分配到CPU，停顿时间就被加长了。

解决方法

JVM引入安全区域概念(Safe Region)，在这个区域中线程处于“挂起”状态，引用关系不会发生变化，在这个区域任意地方进行GC都是安全的。安全区域可以看成扩展后的安全点。

安全区域执行过程

当线程执行到安全区域的代码时（同样通过轮询去判断），标志着线程已经进入Safe Region，JVM发起GC时，就不需要再去判断这些进入了Safe Region的线程是否可以进行GC。
当线程需要离开Safe Region时，需要先检查系统是否完成了根节点枚举（或整个GC过程），如果完成了，则线程取消“挂起”状态，继续执行。如果没有完成，则线程需要等待收到可以安全离开Safe Region的信号为止。