JVM 三色标记法与读写屏障(上)

简介: GC 垃圾回收器其主要的目的是为了实现内存的回收,在这个过程中主要的两个步骤就是:内存标记,内存回收。

三色标记法


GC 垃圾回收器其主要的目的是为了实现内存的回收,在这个过程中主要的两个步骤就是:内存标记,内存回收。


三色标记法简介


三色标记法,主要是为了高效的标记可被回收的内存块。


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三色标记(Tri-color Marking)作为工具来辅助推导,把遍历对象图过程中遇到的对象,按照“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色:


  • 白色:表示对象尚未被垃圾收集器访问过。显然在可达性分析刚刚开始的阶段,所有的对象都是白色的,若在分析结束的阶段,仍然是白色的对象,即代表不可达。


  • 黑色:表示对象已经被垃圾收集器访问过,且这个对象的所有引用都已经扫描过。黑色的对象代 表已经扫描过,它是安全存活的,如果有其他对象引用指向了黑色对象,无须重新扫描一遍。黑色对 象不可能直接(不经过灰色对象)指向某个白色对象。


  • 灰色:表示对象已经被垃圾收集器访问过,但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。


三色标记过程


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标记过程:


  1. 在 GC 并发开始的时候,所有的对象均为白色;


  1. 在将所有的 GC Roots 直接应用的对象标记为灰色集合;


  1. 如果判断灰色集合中的对象不存在子引用,则将其放入黑色集合,若存在子引用对象,则将其所有的子引用对象存放到灰色集合,当前对象放入灰色集合


  1. 按照此步骤 3 ,依此类推,直至灰色集合中所有的对象变黑后,本轮标记完成,并且在白色集合内的对象称为不可达对象,即垃圾对象。


  1. 标记结束后,为白色的对象为 GC Roots 不可达,可以进行垃圾回收。


误标


三色标记的过程中,标记线程和用户线程是并发执行的,那么就有可能在我们标记过程中,用户线程修改了引用关系,把原本应该回收的对象错误标记成了存活。(简单来说就是GC已经标黑的对象,在并发过程中用户线程引用链断掉,导致实际应该是垃圾的白色对象但却依旧是黑的,也就是浮动垃圾)。这时产生的垃圾怎么办呢?答案是不怎么办,留给下次垃圾回收处理。


而误标问题,意思就是把本来应该存活的垃圾,标记为了死亡。这就会导致非常严重的错误。那么这类垃圾是怎么产生的呢?


image.png


途中对象A被标记为了黑色,此时它所引用的两个对象B,C都在被标记的灰色阶段。此时用户线程把B->D之间的的引用关系删除,并且在A->D之间建立引用。此时B对象依然未扫描结束,而A对象又已经被扫描过了,不会继续接着往下扫描了。因此D对象就会被当做垃圾回收掉。


什么是误标?当下面两个条件同时满足,会产生误标:


  1. 赋值器插入了一条或者多条黑色对象到白色对象的引用


  1. 赋值器删除了全部从灰色对象到白色对象的直接引用或者间接引用


误标的解决方案


要解决误标的问题,只需要破坏这两个条件中的任意一种即可,分别有两种解决方案:增量更新(Incremental Update) 和原始快照(Snapshot At The Beginning, STAB)


增量更新


增量更新要破坏的是第一个条件,当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时,就将这个新插入的引用记录下来,等并发扫描结束之后,再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根,重新扫描一次。这可以简化理解为,黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后,它就变回灰色对象 了。


原始快照 (STAB)


原始快照要破坏的是第二个条件,当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时,就将这个要删 除的引用记录下来,在并发扫描结束之后,再将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根,重新扫描 一次。这也可以简化理解为,无论引用关系删除与否,都会按照刚刚开始扫描那一刻的对象图快照来进行搜索。



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