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【一文講清楚 JVM Safe Point】

文章插圖
大家好，我是樹(shù)哥。
關(guān)于 Safe Point 是 JVM 中很關(guān)鍵的一個(gè)概念，但我估計(jì)有不少同學(xué)不是很懂。于是今天跟大家來(lái)深入聊聊 Safe Point ，希望通過(guò)這篇文章能解答這樣幾個(gè)問(wèn)題：

什么是 Safe Point？
為啥需要 Safe Point？
Safe Point 與 Stop the World 的關(guān)系？

什么是 Safe Point正如 Safe Point 名稱的寓意一樣， Safe Point 是一個(gè)線程可以安全停留在這里的代碼點(diǎn) 。當(dāng)我們需要進(jìn)行 GC 操作的時(shí)候， JVM 可以讓所有線程在 Safe Point 處停留下來(lái) ，等到所有線程都停在 Safe Point 處時(shí) ，就可以進(jìn)行內(nèi)存引用分析，從而確定哪些對(duì)象是存活的、哪些對(duì)象是不存活的。
為什么讓大家更加場(chǎng)景化地理解 Safe Point 這個(gè)概念，可以設(shè)想如下場(chǎng)景：

當(dāng)需要 GC 時(shí) ，需要知道哪些對(duì)象還被使用，或者已經(jīng)不被使用可以回收了，這樣就需要每個(gè)線程的對(duì)象使用情況。
對(duì)于偏向鎖（Biased Lock），在高并發(fā)時(shí)想要解除偏置，需要線程狀態(tài)還有獲取鎖的線程的精確信息。
對(duì)方法進(jìn)行即時(shí)編譯優(yōu)化（OSR 棧上替換），或者反優(yōu)化（bailout 棧上反優(yōu)化），這需要線程究竟運(yùn)行到方法的哪里的信息。

對(duì)于上面這些操作，都需要知道現(xiàn)場(chǎng)的各種信息，例如寄存器有什么內(nèi)容，堆使用情況等等。在做這些操作的時(shí)候，線程需要暫停，等到這些操作完成才行，否則會(huì)有并發(fā)問(wèn)題，這就需要 Safe Point 的存在。
因此，我們可以將 Safe Point 理解成代碼執(zhí)行過(guò)程中的一些特殊位置，當(dāng)線程執(zhí)行到這個(gè)位置時(shí) ，線程可以暫停。Safe Point 處保存了其他位置沒(méi)有的一些當(dāng)前線程信息，可以提供給其他線程讀取，這些信息包括：線程上下文信息，對(duì)象的內(nèi)部指針等。
而 Stop the World 就是所有線程同時(shí)進(jìn)入 Safe Point 并停留在那里，等待 JVM 進(jìn)行內(nèi)存分析掃描，接著進(jìn)行內(nèi)存垃圾回收的時(shí)間。
為啥需要 Safe Point前面我們說(shuō)到， Safe Point 其實(shí)就是一個(gè)代碼的特殊位置，在這個(gè)位置時(shí)線程可以暫停下來(lái) 。而當(dāng)我們進(jìn)行 GC 的時(shí)候，所有線程都要進(jìn)入到 Safe Point 處，才可以進(jìn)行內(nèi)存的分析及垃圾回收。根據(jù)這個(gè)過(guò)程，其實(shí)我們可以看到：Safe Point 其實(shí)就是柵欄的作用，讓所有線程停下來(lái) ，否則如果所有線程都在運(yùn)行的話， JVM 無(wú)法進(jìn)行對(duì)象引用的分析，那么也無(wú)法進(jìn)行垃圾回收了。
此外，另一個(gè)重要的 Java 線程特性 —— interrupted 也是根據(jù) Safe Point 實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們?cè)诖a里寫(xiě)入 Thread.interrupt() 時(shí) ，只有線程運(yùn)行到 Safe Point 處時(shí)才知道是否發(fā)生了 interrupted 。因此， Safe Point 也承擔(dān)了存儲(chǔ)線程通信的功能。
總結(jié)簡(jiǎn)單地說(shuō) ， Safe Point 就是人為規(guī)定出的一些代碼位置，在這些位置上線程可以暫停下來(lái) ，從而讓 JVM 可以進(jìn)行內(nèi)存對(duì)象引用分析等操作。此外， Safe Point 處也會(huì)存儲(chǔ)一些特殊的信息，從而支持 Java 的某些特性，例如：Java 的 interrupt 特性需要到 Safe Point 處才能知道。