HotSpot算法实现

1.枚举根节点

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。

 

可达性分析对执行时间的敏感体现在GC停顿上，因为分析工作必须在能确保一致性的快照中进行，即不可以出现在分析过程中对象引用关系还在不断变化，所以这是导致GC进行时必须停顿所有的Java执行线程。

如果当执行系统停顿后，一个不漏地检查完所有执行上下文和全局的引用位置，停顿的时间必然很长（对于一些大规模应用来说，停顿的时间无法忍受），所以虚拟机应当有办法直接得知哪些地方存放着对象引用，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，把对象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。

 

2.安全点

在OoMap的协助下，HotSpot可以快速且准确地完成GC Roots枚举，但有另一个问题，OopMap内容变化的指令非常多，如果为每一个条指令都生成对应的OopMap，将需要大量的额外空间。

HotSpot没有为每条指令都生成OoMap，只是在“特定的位置”记录了这些信息，这些位置称为安全点，即程序执行时并非在所有的地方都能停下来GC，只有达到安全点才能暂停，安全点的选定不能太少以至让GC等待的时间太长，又不能过于频繁以至增大运行时的负荷。

 

如何让GC发生时，所有线程（除执行JNI调用的线程）都到最近的安全点停顿下来？

1.抢先式中断，不需要线程的执行代码主动配合，在GC发生时，首先把所有线程中断，如果有线程中断的地方不在安全点，就恢复线程，让它执行到安全点。

2.主动式中断，需要中断线程时，不直接对线程操作，而是设置一个标志，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中断挂起。轮询标志的地方和安全点是重合的。

 

3.安全区域

安全点机制保证程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的安全点，但是，程序“不执行”的时候呢，程序不执行就是没有分配CPU时间，这时线程无法响应JVM的中断请求，JVM显然不太可能的等待线程重新被分配CPU时间。

安全区域是指一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的。

在线程执行到安全区域代码时，首先标识自己进入安全区域，当这段时间里JVM发起GC，不用管标识为安全区域的线程了。在线程要离开安全区域时，要检查系统是否已经完成了根节点枚举，如果完成，线程继续执行，否则等待直到收到可以安全离开安全区域的信号为止。