作為使用范圍最廣的虛擬機之一HotSpot，必須對垃圾回收算法的執(zhí)行效率有嚴格的考量，只有這樣才能保證虛擬機高效運行

枚舉根節(jié)點

從可達性分析中從 GC Roots 節(jié)點找引用鏈這個操作為例，可以作為 GC Roots 的節(jié)點主要在全局性的引用（例如常量或者類靜態(tài)屬性）與執(zhí)行上下文（例如棧幀中的本地變量表）中。

但是現(xiàn)在很多應用僅僅方法區(qū)就有數(shù)百兆，如果要逐個檢查這里面的引用，那么必然會消耗很多的時間。

另外，可達性分析對執(zhí)行時間的敏感還體現(xiàn)在 GC 停頓上，因為這項分析工作必須在一個能確保一致性的快照中進行 —— 這里的“一致性”指的是在整個分析過程中整個執(zhí)行系統(tǒng)看起來就像是被凍結(jié)在某個時間點上，不可以出現(xiàn)分析過程中對象引用關(guān)系還在不停變化的情況，該點不滿足的話分析結(jié)果準確性就無法得到保證。

這點是導致 GC 進行時必須停頓所有 Java 執(zhí)行線程的其中一個重要原因，即使是號稱不會發(fā)生停頓的 CMS 收集器中，枚舉根節(jié)點也是必須要停頓的。

由于目前主流 Java 虛擬機使用的都是準確式 GC，所以當執(zhí)行系統(tǒng)停頓下來后，并不需要一個不漏的檢查完成所有執(zhí)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那些地方存放著對象引用的。 在HotSpot的實現(xiàn)中，是使用一組被稱為OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來達到這個目的的，在類加載的時候，HotSpot就把對象內(nèi)什么偏移量上是什么類型的數(shù)據(jù)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。

安全點

在 OopMap 的幫助下，HotSpot 可以快速并且準確的完成 GC Roots 枚舉，但是一個很現(xiàn)實的問題隨之而來：可能導致引用關(guān)系變化，或者說 OopMap 內(nèi)容變化的指令非常多，如果為每一條指令都生成對應的 OopMap，那么將需要大量的額外空間，這樣 GC 的空間成本將會變得很高。

實際上，HotSpot 也的確沒有為每一條指令都生成 OopMap，只是在“特定的位置” 記錄了這些信息，這些位置被稱為是安全點，即程序執(zhí)行時并非是在所有地方都能停頓下來開始 GC ，只有到達安全點時才能暫停。

安全點的選擇既不能太少以至于讓 GC 等待太長時間，也不能過于頻繁以至于過分增大運行時負荷。

所以，安全點的選定基本上是以程序“是否具有讓程序長時間執(zhí)行的特征”為標準進行選定的——因為每條指令執(zhí)行的時間都非常短暫，程序不太可能因為指令流長度太長這個原因而過長時間運行，“長時間執(zhí)行”的最明顯特征就是指令序列復用，例如方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)、異常跳轉(zhuǎn)等，所以具有這些功能的指令才會產(chǎn)生安全點。

對于安全點，另一個需要考慮的問題就是如何讓 GC 發(fā)生時讓所有線程（這里不包括執(zhí)行 JNI 調(diào)用的線程）都“跑”到最近的安全點再停頓下來。這里有兩種方案可供選擇：搶先式中斷和主動式中斷。

• 搶先式中斷：無需線程的執(zhí)行代碼主動配合，在 GC 發(fā)生時，首先把所有線程全部中斷，如果發(fā)現(xiàn)有線程中斷的地方不再安全點上，就會發(fā)線程，讓它“跑”到安全點上。現(xiàn)在幾乎沒有虛擬機實現(xiàn)采用搶先式中斷來暫停線程從而響應GC事件
• 主動式中斷：當 GC 需要中斷線程時，不直接對線程操作，僅僅簡單地設(shè)置一個標志，各個線程執(zhí)行時主動去輪詢這個標志，發(fā)現(xiàn)中斷標志為真時就自己中斷掛起。輪詢標志的地方和安全點是重合的，另外再加上創(chuàng)建對象需要分配內(nèi)存的地方。

安全區(qū)域

使用安全點似乎已經(jīng)完美解決了如何進入 GC 的問題，但實際情況卻并不一定，安全點機制保證了程序執(zhí)行，在不太長的時間內(nèi)就會遇到可以進入 GC 的安全點。

但是線程“不執(zhí)行”的時候呢？所謂不執(zhí)行就是沒有分配 CPU 時間，典型的例子就是線程處于 Sleep 狀態(tài)或者 Blocked狀態(tài)，這時候線程無法響應 JVM 的中斷請求，“走”到安全點去中斷掛起，JVM顯然也不太可能等待線程重新被分配 CPU 時間。對于這種狀況，就需要安全區(qū)域來解決。

安全區(qū)域就是在一段代碼片段中，引用關(guān)系不會發(fā)生變化，在這個區(qū)域中的任意地方開始 GC 都是安全的。

在線程執(zhí)行到安全區(qū)域中的代碼時，首先標識自己已經(jīng)進入了安全區(qū)域，那樣，當這段時間里 JVM 要發(fā)起 GC 時，就不用管標識自己為安全區(qū)域狀態(tài)的線程了。

當線程要離開安全區(qū)域時，它要檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)完成了根節(jié)點枚舉（或者是整個 GC 過程），如果完成了，那線程就繼續(xù)執(zhí)行，否則它就必須等待直到收到可以安全離開安全區(qū)域的信號為止。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/AmosH/p/10346924.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的HotSpot 虚拟机垃圾回收算法实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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