一文掌握JVM Safe Point

大家好，我是树哥。

关于 Safe Point 是 JVM 中很关键的一个概念，但我估计有不少同学不是很懂。于是今天跟大家来深入聊聊 Safe Point，希望通过这篇文章能解答这样几个问题：

什么是 Safe Point？为啥需要 Safe Point？Safe Point 与 Stop the World 的关系？

什么是 Safe Point

正如 Safe Point 名称的寓意一样，Safe Point 是一个线程可以安全停留在这里的代码点。当我们需要进行 GC 操作的时候，JVM 可以让所有线程在 Safe Point 处停留下来，等到所有线程都停在 Safe Point 处时，就可以进行内存引用分析，从而确定哪些对象是存活的、哪些对象是不存活的。

为什么让大家更加场景化地理解 Safe Point 这个概念，可以设想如下场景：

当需要 GC 时，需要知道哪些对象还被使用，或者已经不被使用可以回收了，这样就需要每个线程的对象使用情况。对于偏向锁（Biased Lock），在高并发时想要解除偏置，需要线程状态还有获取锁的线程的精确信息。对方法进行即时编译优化（OSR 栈上替换），或者反优化（bailout 栈上反优化），这需要线程究竟运行到方法的哪里的信息。

对于上面这些操作，都需要知道现场的各种信息，例如寄存器有什么内容，堆使用情况等等。在做这些操作的时候，线程需要暂停，等到这些操作完成才行，否则会有并发问题，这就需要 Safe Point 的存在。

因此，我们可以将 Safe Point 理解成代码执行过程中的一些特殊位置，当线程执行到这个位置时，线程可以暂停。 Safe Point 处保存了其他位置没有的一些当前线程信息，可以提供给其他线程读取，这些信息包括：线程上下文信息，对象的内部指针等。

而 Stop the World 就是所有线程同时进入 Safe Point 并停留在那里，等待 JVM 进行内存分析扫描，接着进行内存垃圾回收的时间。

为啥需要 Safe Point

前面我们说到，Safe Point 其实就是一个代码的特殊位置，在这个位置时线程可以暂停下来。而当我们进行 GC 的时候，所有线程都要进入到 Safe Point 处，才可以进行内存的分析及垃圾回收。根据这个过程，其实我们可以看到：Safe Point 其实就是栅栏的作用，让所有线程停下来，否则如果所有线程都在运行的话，JVM 无法进行对象引用的分析，那么也无法进行垃圾回收了。

此外，另一个重要的 Java 线程特性 —— interrupted 也是根据 Safe Point 实现的。当我们在代码里写入 Thread.interrupt() 时，只有线程运行到 Safe Point 处时才知道是否发生了 interrupted。因此，Safe Point 也承担了存储线程通信的功能。

总结

简单地说，Safe Point 就是人为规定出的一些代码位置，在这些位置上线程可以暂停下来，从而让 JVM 可以进行内存对象引用分析等操作。此外，Safe Point 处也会存储一些特殊的信息，从而支持 Java 的某些特性，例如：Java 的 interrupt 特性需要到 Safe Point 处才能知道。

其实关于 Safe Point 的内容还有不少，例如：

什么地方会放 Safe Point？Safe Point 具体是怎么实现的？什么情况会让所有线程进入 Safe Point？

但对于大多数应用开发人员来说，其实暂时不需要了解得这么深，只需要知道啥是 Safe Point 以及其存在的价值即可。如果你对这些问题感兴趣，可以通过参考资料部分详细了解。

参考资料

JVM 相关 - SafePoint 与 Stop The World 全解

JVM源码分析之安全点safepoint - 简书

JVM垃圾回收安全点Safe Point

GC安全点(Safepoint)

• 程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为“安全点（Safepoint） ”
• Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准。比如：选择些执行时间较长的指令作为Safe Point， 如方法调用、循环跳转和异常跳转等。

如何在GC发生时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？

• 抢先式中断： （目前没有虚拟机采用了） 首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。
• 主动式中断： 设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。

安全区域(Safe Region)

Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint

但是，程序“不执行”的时候呢？例如线程处于Sleep 状态或Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走” 到安全点去中断挂起，JVM也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。

安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中的任何位置开始GC都是安全的。我们也可以把Safe Region 看做是被扩展了的Safepoint。

程序实际执行时:

• 1、当用户线程运行到Safe Region的代码时，首先标识已经进入了Safe Region，如果这段时间内发生GC，JVM会忽略标识为Safe Region状态的用户线程即用户线程STW，等待JVM执行GC完毕；
• 2、当用户线程即将离开Safe Region时， 会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则用户线程继续运行，否则用户线程必须等待直到收到可以安全离开SafeRegion的信号为止；

到此这篇关于一文讲清楚 JVM Safe Point的文章就介绍到这了,更多相关JVM Safe Point内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！