safe point 顾明思意，就是安全点，当需要jvm做一些操作的时候，需要把当前正在运行的线程进入一个安全点的状态（也可以说停止状态），这样才能做一些安全的操作，比如线程的dump，堆栈的信息。
在jvm里面通常vm_thread（我们一直在谈论的做一些属于vm 份内事情的线程） 和cms_thread（内存回收的线程）做的操作，是需要将其他的线程通过调用SafepointSynchronize::begin 和 SafepointSynchronize:end来实现让其他的线程进入或者退出safe point 的状态。
通常safepoint 的有三种状态
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_not_synchronized |
说明没有任何打断现在所有线程运行的操作，也就是vm thread, cms thread 没有接到操作的指令 |
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_synchronizing |
vm thread,cms thread 接到操作指令，正在等待所有线程进入safe point |
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_synchronized |
所有线程进入safe point, vm thread, cms thread 可以开始指令操作 |
Java线程的状态
通常在java 进程中的Java 的线程有几个不同的状态，如何让这些线程进入safepoint 的状态中，jvm是采用不同的方式
a. 正在解释执行
由于java是解释性语言，而线程在解释java 字节码的时候，需要dispatch table,记录方法地址进行跳转的，那么这样让线程进入停止状态就比较容易了，只要替换掉dispatch table 就可以了，让线程知道当前进入softpoint 状态。
java里会设置3个DispatchTable， _active_table， _normal_table， _safept_table
_active_table 正在解释运行的线程使用的dispatch table
_normal_table 就是正常运行的初始化的dispatch table
_safept_table safe point需要的dispatch table
解释运行的线程一直都在使用_active_table,关键处就是在进入saftpoint 的时候，用_safept_table替换_active_table, 在退出saftpoint 的时候，使用_normal_table来替换_active_table。
具体实现可以查看源码
- void TemplateInterpreter::notice_safepoints() {
- if (!_notice_safepoints) {
- // switch to safepoint dispatch table
- _notice_safepoints = true;
- copy_table((address*)&_safept_table, (address*)&_active_table, sizeof(_active_table) / sizeof(address));
- }
- }
- // switch from the dispatch table which notices safepoints back to the
- // normal dispatch table. So that we can notice single stepping points,
- // keep the safepoint dispatch table if we are single stepping in JVMTI.
- // Note that the should_post_single_step test is exactly as fast as the
- // JvmtiExport::_enabled test and covers both cases.
- void TemplateInterpreter::ignore_safepoints() {
- if (_notice_safepoints) {
- if (!JvmtiExport::should_post_single_step()) {
- // switch to normal dispatch table
- _notice_safepoints = false;
- copy_table((address*)&_normal_table, (address*)&_active_table, sizeof(_active_table) / sizeof(address));
- }
- }
- }
b. 运行在native code
如果线程运行在native code的时候，vm thread 是不需要等待线程执行完的，只需要在从native code 返回的时候去判断一下 _state 的状态就可以了。
在方法体里就是前面博客也出现过的 SafepointSynchronize::do_call_back()
- inline static bool do_call_back() {
- return (_state != _not_synchronized);
- }
判断了_state 不是_not_synchronized状态
为了能让线程从native code 回到java 的时候为了能读到/设置正确线程的状态，通常的解决方法使用memory barrier，java 使用OrderAccess::fence(); 在汇编里使用__asm__ volatile ("lock; addl $0,0(%%rsp)" : : : "cc", "memory"); 保证从内存里读到正确的值，但是这种方法严重影响系统的性能，于是java使用了每个线程都有独立的内存页来设置状态。通过使用使用参数-XX:+UseMembar 参数使用memory barrier，默认是不打开的，也就是使用独立的内存页来设置状态。
c. 运行编译的代码
1. Poling page 页面
Poling page是在jvm初始化启动的时候会初始化的一个单独的内存页面，这个页面是让运行的编译过的代码的线程进入停止状态的关键。
在linux里面使用了mmap初始化，源码如下
- address polling_page = (address) ::mmap(NULL, Linux::page_size(), PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
2. 编译
java 的JIT 会直接编译一些热门的源码到机器码，直接执行而不需要在解释执行从而提高效率，在编译的代码中，当函数或者方法块返回的时候会去访问一个内存poling页面。
x86架构下
- void LIR_Assembler::return_op(LIR_Opr result) {
- assert(result->is_illegal() || !result->is_single_cpu() || result->as_register() == rax, "word returns are in rax,");
- if (!result->is_illegal() && result->is_float_kind() && !result->is_xmm_register()) {
- assert(result->fpu() == 0, "result must already be on TOS");
- }
- // Pop the stack before the safepoint code
- __ remove_frame(initial_frame_size_in_bytes());
- bool result_is_oop = result->is_valid() ? result->is_oop() : false;
- // Note: we do not need to round double result; float result has the right precision
- // the poll sets the condition code, but no data registers
- AddressLiteral polling_page(os::get_polling_page() + (SafepointPollOffset % os::vm_page_size()),
- relocInfo::poll_return_type);
- // NOTE: the requires that the polling page be reachable else the reloc
- // goes to the movq that loads the address and not the faulting instruction
- // which breaks the signal handler code
- __ test32(rax, polling_page);
- __ ret(0);
- }
在前面提到的SafepointSynchronize::begin 函数源码中
- if (UseCompilerSafepoints && DeferPollingPageLoopCount < 0) {
- // Make polling safepoint aware
- guarantee (PageArmed == 0, "invariant") ;
- PageArmed = 1 ;
- os::make_polling_page_unreadable();
- }
这里提到了2个参数 UseCompilerSafepoints 和 DeferPollingPageLoopCount ，在默认的情况下这2个参数是true和-1
函数体将会调用os:make_polling_page_unreadable();在linux os 下具体实现是调用了mprotect(bottom,size,prot) 使polling 内存页变成不可读。
3. 信号
到当编译好的程序尝试在去访问这个不可读的polling页面的时候，在系统级别会产生一个错误信号SIGSEGV, 可以参考笔者的一篇博客中曾经讲过java 的信号处理，可以知道信号SIGSEGV的处理函数在x86体系下见下源码：
- JVM_handle_linux_signal(int sig,
- siginfo_t* info,
- void* ucVoid,
- int abort_if_unrecognized){
- ....
- if (sig == SIGSEGV && os::is_poll_address((address)info->si_addr)) {
- stub = SharedRuntime::get_poll_stub(pc);
- }
- ....
- }
在linux x86,64 bit的体系中，poll stub 的地址 就是 SafepointSynchronize::handle_polling_page_exception 详细程序可见shareRuntime_x86_64.cpp
回到safepoint.cpp中，SafepointSynchronize::handle_polling_page_exception通过取出线程的safepoint_stat,调用函数void ThreadSafepointState::handle_polling_page_exception，***通过调用SafepointSynchronize::block(thread()); 来block当前线程。
d. block 状态
当线程进入block状态的时候，继续保持block状态。
原文链接：http://blog.csdn.net/raintungli/article/details/7162468
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