HotSpot虚拟机实现算法时，必须对算法的执行效率有严格考量，才能保证虚拟机高效运行。

枚举根节点

从可达性分析中GC Roots节点找到引用链这个操作为例，可作为GC Roots节点主要在全局性的引用（如常量或类静态属性）与执行上下文（如栈帧中的本地变量表）中，这些引用较大，如果逐个检查里面的引用，必然会消耗大量时间。

另外，可达性分析对执行时间的敏感还体现在GC停顿上，因这项分析必须在一个能确保一致性的快照中进行。

这里的“一致性”指整个分析期间整个执行系统如同静止，不可出现分析过程中对象引用关系还在不断变化。如不满足一致性，则分析结果准确性无法保证。这点导致GC进行时必须停顿所有的Java执行线程（“Stop The World”）的其中一个重要原因。即使时CMS，枚举根节点时也必须停顿。

目前主流JVM都使用准确式GC，当系统停顿下来后，并不需全部检查完执行上下文和全局的引用位置，JVM应当有办法直接知道哪些地方存放着这些对象引用。

在HotSpot中是使用一组称为OopMap的数据结构来达到目的。在类加载完成的时候，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。这样GC在扫描时就可以直接得知这些消息了。

安全点

在oopMap的协助下，HotSpot可快速准确完成GC Roots枚举，但问题也存在：可能导致引用关系变化，或者说oopMap内容变化的指令非常多，如果为每一条分配空间，则空间成本变大？实际上，oopMap只在"特定的位置"记录信息，这些位置称为安全点（Safepoint）。

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，只在到达安全点时才暂停。Safepoint的选定既不能太少以致于让GC等待过长，也不能过于频繁增大运行时负荷。所以安全点选定标准（“是否具有让程序长时间执行的特征”）：因为每条指令执行时间非常短暂，程序不太可能因指令流长度过长而过长时间运行。“长时间执行”的最明显特征就是指令复用，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。

如何在GC发生时让所有线程（不含运行JNI调用的线程）都“跑”到最近的安全点上再停顿下来？

1.抢先式中断（Preemptive Suspension）

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，若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。现在几乎不用此方式。

2.主动式中断（Voluntary Suspension）

当需要中断线程时，不直接对线程操作，仅设置一个标志，各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内存的地方。

安全区域

使用Safepoint可解决如何进入GC的问题，但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。但在程序“不执行”的时候（没有分配CPU时间，如线程处于Sleep或者Blocked状态，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也不太可能等待线程重新分配CPU时间），这时候就需要安全区域。

安全区域（Safe Region）
指在一段代码片段中，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。可看成Safepoint的扩展。

在线程执行到Safe Region中代码时，首先标识自己已进入Safe Region。这段时间要GC，就不用管标识自己为Safe Region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。如果完成，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 Regon的信号为止。