HotSpot算法实现

枚举根节点

在可达性分析中从GC Roots节点找引用链，可以作为GC Roots的节点主要在全局性引用(例如 常量或静态属性)与执行上下文（例如堆帧中的本地变量表）中，现在很多应用仅仅方法区就有数百兆，如果逐个检查这里面的引用，必然会消耗很多时间。

另一个对时间影响的是GC停顿，因为执行期间必须保证在一致性的快照中进行，意思是整个分析期间整个执行系统看起来好像就冻结在某个时间点，不可以出现分析对象引用关系还在不断变化的情况，如果这点不满足的话会出现结果准确性无法得到保障。这就是导致GC进行时必须停顿所有Java执行程序中最重要的一个原因。

目前主流的Java虚拟机，都是准确性GC，当执行系统停顿下来的时候，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，虚拟机应当知道哪些地方存放着对象引用。在HotSpot实现中，是使用一组成为OopMap的数据结构来达到这个目的 的，这样在GC扫描时就会得知这些信息了。

安全点

在OopMap的协助下，HotSpot可以快速且准确地完成GC Roots枚举，但一很现实问题随之而来。可能导致引用关系变化，或者OopMap内容变化的指令非常多，如果为每一条指令都生成对应的OopMap,那将会需要大量的额外空间，这样GC的空间成本将会变得很高，实际上HotSpot 也的确没有为每条指令都生成OopMap，只是在“特定的位置”记录了这些信息，这些位置称为安全点(Safepoint),即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC,只有在到达安全点时才能暂停。Safepoint的选定既不能太少以致于让GC等待时间太长，也不能过于频繁以致于过分增大运行时的负荷。所以，安全点的选定基本上是以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的，因为每条指令执行的时间都非常短暂程序不太可能因为指令流长度太长这个原因而过长时间运行，“长时间执行”的最明显特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint.

对于Sefepoint;另一个需要考虑的问题是如何在GC发生时让所有线程(这里不包括执行JNI调用的线程)都“跑”到最近的安全点上再停顿来。这里有两种方案可供选择:抢先式中断(Preemptive Suspension) 和主动式中断(Voluntary Suspension)，其中抢先式中断不需要线程的执行代码主动去配合，在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不在安全点上，就恢复线程，让它“跑”到安全点上。现在几乎没有虚拟机实现采用抢先式中断来暂停线程从而影响GC事件。

而主动式中断指的是当GC需要中断线程的时候，不需要直接对线程操作，仅仅简单的设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时，就自己中断挂起。轮询标志的地方和安全点是重合的，另外加上创建对象需要分配的地方。

安全区域

使用Safepoint似乎已经完美地解决了如何进人GC的问题，但实际情况却并不一定。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人GC的Safepoint。但是，程序“不执行”的时候呢?所谓的程序不执行就是没有分配CPU时间，典型的例子就是线程处于Sleep状态或者Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走”到安全的地方去中断挂起，JVM也显然不太可能等待线程重新被分配CPU时间。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，我们也可以把SafeRegion看做是被扩展了的Safepoint。在线程执行到Safe Region 中的代码时，首先标识自己已经进人了Safe Region,那样，当在这段时间里JVM要发起GC时，就不用管标识自己为SafeRegion状态的线程了。在线程要离开Safe Region时，它要检查系统是否已经完成了根节点枚举(或者是整个GC过程)，如果完成了，那线程就继续执行，否则它就必须等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。