快捷導(dǎo)航

一文掌握J(rèn)VM?Safe?Point

更新時(shí)間：2022年10月09日 09:23:22 作者：陳樹(shù)義

關(guān)于?Safe?Point?是?JVM?中很關(guān)鍵的一個(gè)概念，但我估計(jì)有不少同學(xué)不是很懂，于是今天跟大家來(lái)深入聊聊?Safe?Point，通過(guò)本文學(xué)習(xí)你會(huì)了解什么是?Safe?Point？為啥需要?Safe?Point？Safe?Point?與?Stop?the?World?的關(guān)系？感興趣的朋友一起看看吧

什么是 Safe Point

正如 Safe Point 名稱的寓意一樣，Safe Point 是一個(gè)線程可以安全停留在這里的代碼點(diǎn)。當(dāng)我們需要進(jìn)行 GC 操作的時(shí)候，JVM 可以讓所有線程在 Safe Point 處停留下來(lái)，等到所有線程都停在 Safe Point 處時(shí)，就可以進(jìn)行內(nèi)存引用分析，從而確定哪些對(duì)象是存活的、哪些對(duì)象是不存活的。

為什么讓大家更加場(chǎng)景化地理解 Safe Point 這個(gè)概念，可以設(shè)想如下場(chǎng)景：

當(dāng)需要 GC 時(shí)，需要知道哪些對(duì)象還被使用，或者已經(jīng)不被使用可以回收了，這樣就需要每個(gè)線程的對(duì)象使用情況。對(duì)于偏向鎖（Biased Lock），在高并發(fā)時(shí)想要解除偏置，需要線程狀態(tài)還有獲取鎖的線程的精確信息。對(duì)方法進(jìn)行即時(shí)編譯優(yōu)化（OSR 棧上替換），或者反優(yōu)化（bailout 棧上反優(yōu)化），這需要線程究竟運(yùn)行到方法的哪里的信息。

對(duì)于上面這些操作，都需要知道現(xiàn)場(chǎng)的各種信息，例如寄存器有什么內(nèi)容，堆使用情況等等。在做這些操作的時(shí)候，線程需要暫停，等到這些操作完成才行，否則會(huì)有并發(fā)問(wèn)題，這就需要 Safe Point 的存在。

因此，我們可以將 Safe Point 理解成代碼執(zhí)行過(guò)程中的一些特殊位置，當(dāng)線程執(zhí)行到這個(gè)位置時(shí)，線程可以暫停。 Safe Point 處保存了其他位置沒(méi)有的一些當(dāng)前線程信息，可以提供給其他線程讀取，這些信息包括：線程上下文信息，對(duì)象的內(nèi)部指針等。

而 Stop the World 就是所有線程同時(shí)進(jìn)入 Safe Point 并停留在那里，等待 JVM 進(jìn)行內(nèi)存分析掃描，接著進(jìn)行內(nèi)存垃圾回收的時(shí)間。

為啥需要 Safe Point

前面我們說(shuō)到，Safe Point 其實(shí)就是一個(gè)代碼的特殊位置，在這個(gè)位置時(shí)線程可以暫停下來(lái)。而當(dāng)我們進(jìn)行 GC 的時(shí)候，所有線程都要進(jìn)入到 Safe Point 處，才可以進(jìn)行內(nèi)存的分析及垃圾回收。根據(jù)這個(gè)過(guò)程，其實(shí)我們可以看到：Safe Point 其實(shí)就是柵欄的作用，讓所有線程停下來(lái)，否則如果所有線程都在運(yùn)行的話，JVM 無(wú)法進(jìn)行對(duì)象引用的分析，那么也無(wú)法進(jìn)行垃圾回收了。

此外，另一個(gè)重要的 Java 線程特性 —— interrupted 也是根據(jù) Safe Point 實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們?cè)诖a里寫入 Thread.interrupt() 時(shí)，只有線程運(yùn)行到 Safe Point 處時(shí)才知道是否發(fā)生了 interrupted。因此，Safe Point 也承擔(dān)了存儲(chǔ)線程通信的功能。

總結(jié)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，Safe Point 就是人為規(guī)定出的一些代碼位置，在這些位置上線程可以暫停下來(lái)，從而讓 JVM 可以進(jìn)行內(nèi)存對(duì)象引用分析等操作。此外，Safe Point 處也會(huì)存儲(chǔ)一些特殊的信息，從而支持 Java 的某些特性，例如：Java 的 interrupt 特性需要到 Safe Point 處才能知道。

其實(shí)關(guān)于 Safe Point 的內(nèi)容還有不少，例如：

什么地方會(huì)放 Safe Point？Safe Point 具體是怎么實(shí)現(xiàn)的？什么情況會(huì)讓所有線程進(jìn)入 Safe Point？

但對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，其實(shí)暫時(shí)不需要了解得這么深，只需要知道啥是 Safe Point 以及其存在的價(jià)值即可。如果你對(duì)這些問(wèn)題感興趣，可以通過(guò)參考資料部分詳細(xì)了解。

參考資料

JVM源碼分析之安全點(diǎn)safepoint - 簡(jiǎn)書(shū)

JVM垃圾回收安全點(diǎn)Safe Point

GC安全點(diǎn)(Safepoint)

程序執(zhí)行時(shí)并非在所有地方都能停頓下來(lái)開(kāi)始GC，只有在特定的位置才能停頓下來(lái)開(kāi)始GC，這些位置稱為“安全點(diǎn)（Safepoint） ”
Safe Point的選擇很重要，如果太少可能導(dǎo)致GC等待的時(shí)間太長(zhǎng)，如果太頻繁可能導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)的性能問(wèn)題。大部分指令的執(zhí)行時(shí)間都非常短暫，通常會(huì)根據(jù)“是否具有讓程序長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行的特征”為標(biāo)準(zhǔn)。比如：選擇些執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)的指令作為Safe Point，如方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)和異常跳轉(zhuǎn)等。

如何在GC發(fā)生時(shí)，檢查所有線程都跑到最近的安全點(diǎn)停頓下來(lái)呢？

搶先式中斷：（目前沒(méi)有虛擬機(jī)采用了）首先中斷所有線程。如果還有線程不在安全點(diǎn)，就恢復(fù)線程，讓線程跑到安全點(diǎn)。
主動(dòng)式中斷：設(shè)置一個(gè)中斷標(biāo)志，各個(gè)線程運(yùn)行到Safe Point的時(shí)候主動(dòng)輪詢這個(gè)標(biāo)志，如果中斷標(biāo)志為真，則將自己進(jìn)行中斷掛起。

安全區(qū)域(Safe Region)

Safepoint機(jī)制保證了程序執(zhí)行時(shí)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)就會(huì)遇到可進(jìn)入GC的Safepoint

但是，程序“不執(zhí)行”的時(shí)候呢？例如線程處于Sleep 狀態(tài)或Blocked狀態(tài)，這時(shí)候線程無(wú)法響應(yīng)JVM的中斷請(qǐng)求，“走” 到安全點(diǎn)去中斷掛起，JVM也不太可能等待線程被喚醒。對(duì)于這種情況，就需要安全區(qū)域（Safe Region）來(lái)解決。

安全區(qū)域是指在一段代碼片段中，對(duì)象的引用關(guān)系不會(huì)發(fā)生變化，在這個(gè)區(qū)域中的任何位置開(kāi)始GC都是安全的。我們也可以把Safe Region 看做是被擴(kuò)展了的Safepoint。

程序?qū)嶋H執(zhí)行時(shí):

1、當(dāng)用戶線程運(yùn)行到Safe Region的代碼時(shí)，首先標(biāo)識(shí)已經(jīng)進(jìn)入了Safe Region，如果這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生GC，JVM會(huì)忽略標(biāo)識(shí)為Safe Region狀態(tài)的用戶線程即用戶線程STW，等待JVM執(zhí)行GC完畢；
2、當(dāng)用戶線程即將離開(kāi)Safe Region時(shí)，會(huì)檢查JVM是否已經(jīng)完成GC，如果完成了，則用戶線程繼續(xù)運(yùn)行，否則用戶線程必須等待直到收到可以安全離開(kāi)SafeRegion的信號(hào)為止；

到此這篇關(guān)于一文講清楚 JVM Safe Point的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM Safe Point內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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