JVM-可达性分析算法

时间:2022-12-27 12:20:13
可达性分析的问题
1、消耗大量时间
       从前面可达性分析知道,GC Roots主要在全局性的引用(常量或静态属性)和执行上下文中(栈帧中的本地变量表);
       要在这些大量的数据中,逐个检查引用,会消耗很多时间;
2、GC停顿
       可达性分析期间需要保证整个执行系统的一致性,对象的引用关系不能发生变化;
       导致GC进行时必须停顿所有Java执行线程 (称为 "Stop The World" );
      (几乎不会发生停顿的CMS收集器中,枚举根节点时也是必须要停顿的)
      Stop The World:
       是JVM在后台自动发起和自动完成的;
       在用户不可见的情况下,把用户正常的工作线程全部停掉;
3-2、枚举根节点
       枚举根节点也就是查找GC Roots;
       目前主流JVM都是准确式GC,可以 直接得知哪些地方存放着对象引用 ,所以执行系统停顿下来后,并不需要全部、逐个检查完全局性的和执行上下文中的引用位置;
            
       在HotSpot中,是使用一组称为 OopMap的数据结构 来达到这个目的的;
       在类加载时,计算对象内什么偏移量上是什么类型的数据;
       在JIT编译时,也会记录栈和寄存器中的哪些位置是引用;
       这样GC扫描时就可以直接得知这些信息;
3-3、安全点
1、安全点是什么,为什么需要安全点
       HotSpot在OopMap的帮助下可以快速且准确的完成GC Roots枚举,但是这有一个问题:        
       运行中,非常多的指令都会导致 引用关系变化
       如果为这些指令都生成对应的 OopMap,需要的空间成本太高
       问题解决:
       只在特定的位置记录OopMap引用关系 ,这些位置称为 安全点(Safepoint)
       即程序执行时 并非所有地方都能停顿下来开始GC
2、安全点的选定
       不能太少,否则GC等待时间太长;也不能太多,否则GC过于频繁,增大运行时负荷;
       所以,基本上是以程序"是否具有让程序长时间执行的特征"为标准选定;
       "长时间执行"最明显的特征就是 指令序列复用 ,如:方法调用、循环跳转、循环的末尾、异常跳转等;
      只有具有这些功能的指令才会产生Safepoint;
3、如何在安全点上停顿
       对于Safepoint,如何在GC发生时让所有线程(不包括JNI线程)运行到其所在最近的Safepoint上再停顿下来?
       主要有两种方案可选:
(A)、抢先式中断(Preemptive Suspension)
       不需要线程主动配合,实现如下:
       (1)、在GC发生时,首先中断所有线程;
       (2)、如果发现不在Safepoint上的线程,就恢复让其运行到Safepoint上;
       现在几乎没有JVM实现采用这种方式;
(B)、主动式中断(Voluntary Suspension)
       (1)、在GC发生时,不直接操作线程中断,而是仅简单 设置一个标志
       (2)、 让各线程执行时主动去轮询这个标志 ,发现中断标志为真时就自己中断挂起;
       而轮询标志的地方和Safepoint是重合的;    
       在JIT执行方式下:test指令是HotSpot生成的轮询指令;
       一条test汇编指令便完成Safepoint轮询和触发线程中断;
3-4、安全区域
1、为什么需要安全区域
       对于上面的Safepoint还有一个问题:
       程序不执行时没有CPU时间(Sleep或Blocked状态),无法运行到Safepoint上再中断挂起;    
       这就需要安全区域来解决;
2、什么是安全区域(Safe Region)
       指一段代码片段中,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;
3、如何用安全区域解决问题
       安全区域解决问题的思路:
       (1)、线程执行进入Safe Region,首先标识自己已经进入Safe Region;
       (2)、线程被唤醒离开Safe Region时,其需要检查系统是否已经完成根节点枚举(或整个GC);
       如果已经完成,就继续执行;
       否则必须等待,直到收到可以安全离开Safe Region的信号通知;    
这样就不会影响标记结果;
       虽然HotSpot虚拟机中采用了这些方法来解决对象可达性分析的问题,但只是大大减少了这些问题影响, 并不能完全解决,如GC停顿"Stop The World"是垃圾回收重点关注的问题,后面介绍垃圾回收器时应注意:低GC停顿是其一个关注。