5.HotSpot的算法实现

1.枚举根节点

　　在可达性分析中，可以作为GC Roots的节点有很多，但是现在很多应用仅仅方法区就有上百MB，如果逐个检查的话，效率就会变得不可接受。

　　而且，可达性分析必须在一个一致性的快照中进行-即整个分析期间，系统就像冻结了一样。否则如果一边分析，系统一边动态表化，得到的结果就没有准确性。这就导致了系统GC时必须停顿所有的Java执行线程。

　　目前主流Java虚拟机使用的都是准确式GC，所以当执行系统都停顿下来之后，并不需要一个不漏的检查完所有执行上下文和全局的引用位置，虚拟机应该有办法直接知道哪些地方存放着对象引用。在HotSpot实现中，使用一组称为 OopMap 的数据结构来达到这个目的。OopMap会在类加载完成的时候，记录对象内什么偏移量上是什么类型的数据，在JTI编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器哪些位置是引用。这样，在GC扫描的时候就可以直接得到这些信息了。

2.安全点

　　如果OopMap内容变化的指令非常多，HotSpot并不会为每条指令都产生OopMap，只是在特定的位置记录了这些信息，这些位置成为“安全点”（SafePoint）。程序执行时只有在达到安全点的时候才停顿开始GC。一般具有较长运行时间的指令才能被选为安全点，如方法调用、循环跳转、异常跳转等。

　　接下来要考虑的便是，如何在GC时保证所有的线程都“跑”到安全点上停顿下来。这里有两种方案： 抢先式中断 （Preemptive Suspension） 和主动式中断 （Voluntary Suspension）。

　　抢先式中断会把所有线程中断，如果某个线程不在安全点上，就恢复线程让它跑到安全点上。几乎没有虚拟机采用这种方式。

　　主动式中断思想是需要中断线程时，不直接对线程操作，而是设置一个GC标志，各个线程会轮询这个标志并在需要时自己中断挂起。这样，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。