深入探究 JVM | Safepoint 及 GC 的触发条件（转载）

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GC Safepoint

如果要触发一次GC，那么JVM中所有Java线程都必须到达GC Safepoint。

JVM只会在特定位置放置safepoint，比如：

• 内存分配的地方（allocation，即new一个新对象的时候）
• 长时间执行区块结束的时刻（如方法调用，循环跳转等）

之所以只在特定的位置放置safepoint，是因为OopMap要占用空间，如果设太多safepoint那么占用空间会太大；再者，safepoint会影响优化，如果某个无用的值处设置了safepoint，那么JIT就无法优化掉这些无用变量，这会影响性能。

HotSpot JVM在通过JIT编译时，会在所有方法返回之前以及循环跳转、异常跳转之前放置Safepoint，并且在每个Safepoint都生成一些信息存储哪些地方是引用（OopMap），以便JVM能找到需要的引用。

那么如何确保GC时所有线程都到达GC Safepoint呢？有两种方法：抢占式中断(Preemptive Suspension)和主动式中断(Voluntary Suspension)。

抢占式中断不需要线程的执行代码去主动配合，当触发GC时，JVM会中断所有线程，然后依次检查每个线程中断的位置是否为Safepoint，如果不是则恢复线程，让它执行至Safepoint再进行终端。

大部分JVM实现（如HotSpot JVM）都是采用主动式中断，即GC需要中断线程的时候，它仅仅简单地设个标志，执行线程会主动轮询这个标志位，如果标志位就绪的话就自行中断。Polling Point与Safepoint是重合的。主动式中断的思想是一种hand-shacking protocol的思想。

通过对Safepoint的研究，我们了解到了GC触发的时刻主要是在new一个新的对象或者在循环跳转或方法返回之前。

【扩展】Safepoint有好几种，比如还有deoptimization safepoint之类的，作用不同。

Safe-Region

只有GC Safepoint是不足的，因为我们发现，有一种情况，线程无法响应JVM的中断请求，也无法去轮询标志位：

• 线程处于阻塞或等待状态

对于这种情况，引入了safe-region的概念。

Safe-Region是指在代码片段中，引用关系不会发生变化，因此GC可以随心所欲地在任何地方执行。在线程执行到Safe Region里面的代码时，首先标识自己已经进入了Safe Region，那样当这段时间里JVM要发起GC，就不用管标识自己为Safe Region状态的线程了。在线程要离开Safe Region时，它要检查系统是否已经完成了根节点枚举（或者是整个GC过程），如果完成了，那线程就继续执行，否则它就必须等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。

另外，当一个线程在执行native方法时，由于此时该线程在执行JVM管理之外的代码，不能对JVM的执行状态做任何修改，因而JVM要进入safepoint不需要关心它。所以也可以把正在执行native函数的线程看作“已经进入了safepoint”，或者把这种情况叫做“在safe-region里”。

 

参考资料

• JVM内存回收理论与实现, 周志明
• GC safe-point (or safepoint) and safe-region, Xiao-Feng Li
• 现代JVM中的Safe Region和Safe Point到底是如何定义和划分的? - RednaxelaFX的回答