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safe-point(safepoint 安全點(diǎn)) 和 safe-region(安全區(qū)域)

baoxl / 3244人閱讀

摘要：當(dāng)暫停了它的執(zhí)行時(shí)，只有將所有引用信息保存在其上下文中，才能枚舉根的集合，這意味著，需要能夠告知那些棧的槽位有一用，那些寄存器持有引用。而真正有機(jī)會(huì)成為暫停點(diǎn)的地方就稱(chēng)作，即能夠安全的枚舉根集合的暫停點(diǎn)。

以 GC safe-point引入
GC如何找到不可用的對(duì)象

編寫(xiě)代碼的時(shí)候是可以知道對(duì)象不可用的，但對(duì)于程序來(lái)說(shuō)，需要一定的方式來(lái)知曉，可用方法比如：編譯分析，引用計(jì)數(shù)，和對(duì)象是否可達(dá)

可達(dá)性分析

一個(gè)對(duì)象只要能夠通過(guò)mutator觸達(dá)，那么它就是“活”著的。如果Mutator棧的一個(gè)槽位包含了對(duì)象的引用，那么對(duì)象就是直接可觸達(dá)。而從直接可達(dá)對(duì)象可觸達(dá)的對(duì)象必定也是可達(dá)的，因而可達(dá)性分析，只需要找到直接可達(dá)的引用。

直接可達(dá)的引用就是根引用，根引用的集合就是根的集合

mutator的上下文就包含了直接可達(dá)的數(shù)據(jù)，所以要獲取對(duì)象根集合就是要找到mutator上下文中的對(duì)象引用，而mutator的上下文指的就是它的棧、它的寄存器文件以及一些線(xiàn)程上特定的數(shù)據(jù)

全局?jǐn)?shù)據(jù)本身也是直接可達(dá)的

可達(dá)性分析為了確保能正確的決定對(duì)象是否存活，GC需要獲取mutator 上下文的一致性快照，然后枚舉所有的根對(duì)象。

這里的一致性指的是 快照的抽取就像只在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)生，來(lái)避免丟失一些活著的對(duì)象
如何獲取 mutator上下文的一致性快照

一種簡(jiǎn)單的方式就是在跟引用的過(guò)程中暫停所有的線(xiàn)程。當(dāng)mutator暫停了它的執(zhí)行時(shí)，只有將所有引用信息保存在其上下文中，才能枚舉根的集合，這意味著，mutator需要能夠告知那些棧的槽位有一用，那些寄存器持有引用。如果GC能夠準(zhǔn)確的獲取上述引用信息，它就稱(chēng)作精準(zhǔn)根集合枚舉。

無(wú)法獲取就是不精準(zhǔn)的，以下只講精準(zhǔn)的
如何獲取精準(zhǔn)的引用信息枚舉

對(duì)于java來(lái)說(shuō)，JIT知曉所有的棧幀信息和寄存器的內(nèi)容，當(dāng)JIT編譯一個(gè)方法時(shí)，對(duì)于每條指令，它都可以去保存根引用信息，保存意味著額外的存儲(chǔ)空間，如果要存儲(chǔ)所有的指令就顯得花銷(xiāo)太大，另外在真實(shí)的運(yùn)行過(guò)程中也只有少數(shù)指令才會(huì)成為暫停點(diǎn)，因此JIT只需要保存這些指令點(diǎn)的信息就夠了。而真正有機(jī)會(huì)成為暫停點(diǎn)的地方就稱(chēng)作 safe-points，即能夠安全的枚舉根集合的暫停點(diǎn)。

safe-point 定義

“A point in program where the state of execution is known by the VM”，即代碼中VM能夠準(zhǔn)確知道執(zhí)行狀態(tài)的位置。
safe-point有多個(gè)種類(lèi)

GC safepoint，要觸發(fā)一次GC，JVM中的所有線(xiàn)程都必須達(dá)到GC safepoint

Deoptimization safepoint,要觸發(fā)一次 deoptimization，需要執(zhí)行deoptimization的線(xiàn)程要到達(dá)safepoint之后才可以開(kāi)始deoptimize

Hotspot中兩者實(shí)現(xiàn)在一起，概念上沒(méi)有直接聯(lián)系，需要數(shù)據(jù)不一樣
如何保證mutator會(huì)在 safe-point暫停

當(dāng)GC想要觸發(fā)一次回收時(shí)，它會(huì)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，mutator則周期性的去檢查(poll)這個(gè)標(biāo)志，如果檢查到了，就會(huì)立馬暫停，這里的檢查點(diǎn)(poll points)也是安全點(diǎn)，由JIT負(fù)責(zé)把poll points放到合適的位置

那些地方適合設(shè)置檢查GC事件的標(biāo)記

polling point插入的主要原則是:

polling point應(yīng)該足夠多，防止GC等一個(gè)mutator的暫停太長(zhǎng)，導(dǎo)致其他mutator都走在等GC釋放空間，程序整個(gè)等待過(guò)長(zhǎng)

polling point不能太頻繁導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大

polling本身也是有開(kāi)銷(xiāo)的，不能過(guò)多

權(quán)衡下來(lái)只在必須和必要的地方加

在分配地址的時(shí)候強(qiáng)制添加，因?yàn)榉峙淇臻g很有肯能導(dǎo)致回收，所以這里是一個(gè)安全點(diǎn)

長(zhǎng)時(shí)間的執(zhí)行一般意味著循環(huán)和方法調(diào)用，所以方法調(diào)用和循環(huán)返回最好加上

但是有時(shí)候并不是長(zhǎng)時(shí)間的執(zhí)行，而是長(zhǎng)時(shí)間的空閑，比如 sleep、block，線(xiàn)程在執(zhí)行其他的native函數(shù)，這些時(shí)候JVM無(wú)法掌控執(zhí)行能力，也就無(wú)法響應(yīng)GC事件。

不同的JVM選用不同的位置放置safepoint。
如何解決sleep/block 帶來(lái)的問(wèn)題

引用safe-region。safe-region是指代碼快中沒(méi)有用到會(huì)變異的部分，這樣的代碼塊中，任何一個(gè)點(diǎn)都可以安全的枚舉根。當(dāng)進(jìn)入到safe-region中時(shí)，mutator會(huì)設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)備標(biāo)記，在離開(kāi)safe-region區(qū)域之前，會(huì)檢查GC是否已經(jīng)完成了回收，如果沒(méi)有，那么就暫停執(zhí)行，如果有，就可以直接離開(kāi)safe-region區(qū)域，不需要暫停mutator

文章翻譯自 Xiao-Feng Li 博客

rednaxelafx對(duì)safepoint的回答

總結(jié)

代碼的執(zhí)行過(guò)程中，如果需要執(zhí)行某些操作，比如GC，deoptimize,等等，必須知道當(dāng)前程序所有線(xiàn)程運(yùn)行到的地方，是否能夠恰好滿(mǎn)足我執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作，而不會(huì)對(duì)應(yīng)用程序本身造成損害，這些能夠正確執(zhí)行操作的地方也就是safepoint/saferegion

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