JVM 安全点和安全区域是什么？

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JVM 安全点（Safepoint）和安全区域（Safe Region）

在理解 JVM 的垃圾收集（GC）机制时，了解安全点（Safepoint）和安全区域（Safe Region）的概念是非常重要的。这些概念与 JVM 在执行垃圾收集时如何处理正在运行的线程息息相关。

安全点（Safepoint）

安全点 是指在程序执行过程中的某些特定位置，JVM 可以认为所有的引用关系不会发生变化。在这些点上，JVM 可以安全地进行垃圾收集。换句话说，安全点是线程暂停执行，以便让 GC 线程进行垃圾收集的地方。

为什么需要安全点？

由于大多数 GC 算法都需要在一个一致的内存快照上工作，这意味着在垃圾收集过程中，对象的引用关系不能发生变化。为了达到这个目的，JVM 需要将所有工作线程暂停在一个安全的状态，这个状态就是安全点。

安全点的位置

安全点通常位于以下几个位置：

  • 方法返回前：在方法返回之前，局部变量和操作数栈顶的引用可能会被回收。
  • 循环的末尾：长时间运行的循环可能会在循环末尾设置安全点。
  • 方法调用后：特别是对于那些可能分配大量内存的方法调用。

如何到达安全点？

当 JVM 发出一个要求所有线程进入安全点的信号时，每个线程都必须在执行到下一个安全点时暂停。JVM 通常会使用一种叫做 抢先式中断 （Preemptive Suspension）或 主动式中断（Voluntary Suspension）的机制来实现这一点。

安全区域（Safe Region）

安全区域 是指在程序执行过程中的一段代码片段，在这个区域内，引用关系不会发生变化，并且任何在这个区域内的线程都可以认为是在安全点内。

为什么需要安全区域？

安全区域主要用于处理那些不能立即响应到达安全点请求的线程。例如，如果一个线程处于阻塞状态或执行了一个长时间的操作，它可能无法立即到达安全点。在这种情况下，线程可以在进入这种状态之前声明它已经在安全区域内。这样，GC 知道这个线程的引用关系在这段时间内是不会改变的。

安全区域的使用

当线程进入一个安全区域时，它会标记自己，当它离开安全区域时，它会检查系统是否已经完成了垃圾收集。如果是这样，线程会清除自己的标记并继续执行；如果不是，线程会等待直到收到可以离开安全区域的信号。

总结

安全点和安全区域是 JVM 在执行垃圾收集时确保引用关系不发生变化的机制。安全点通常用于短暂的操作，而安全区域用于处理那些可能长时间无法响应的线程。理解这些概念有助于深入理解 JVM 的垃圾收集机制以及它是如何与应用程序线程交互的。