三色标记过程

news2024/11/26 22:44:17

可达性分析

GC过程中需要对对象图遍历做可达性分析。使用了三色标记法进行分析。

什么三色？
白色：尚未访问过。
黑色：本对象已访问过，而且本对象引用到的其他对象也全部访问过了。
灰色：本对象已访问过，但是本对象引用到的其他对象尚未全部访问完。全部访问后，会转换为黑色。

三色标记过程是什么？
1.初始时，所有对象都在【白色集合】中；
2.将GC Roots 直接引用到的对象挪到【灰色集合】中；
3.从灰色集合中获取对象：
3.1. 将本对象引用到的其他对象全部挪到【灰色集合】中；
3.2. 将本对象挪到【黑色集合】里面。
4.重复步骤3，直至【灰色集合】为空时结束。
5.结束后，仍在【白色集合】的对象即为GC Roots 不可达，可以进行回收。

Stop The World 时，对象间的引用是不会发生变化的，可以轻松完成标记。
而当需要支持并发标记时，即标记期间应用线程还在继续跑，对象间的引用可能发生变化，多标和漏标的情况就有可能发生。

多标和漏标是什么意思？
浮动垃圾(多标)：将原本应该被清除的对象，误标记为存活对象。后果是垃圾回收不彻底，不过影响不大，可以在下个周期被回收；
对象消失(漏标)：将原本应该存活的对象，误标记为需要清理的对象。后果很严重，影响程序运行，是不可容忍的。

多标：
假设已经遍历到E（变为灰色了），此时应用执行了 objD.fieldE = null
在这里插入图片描述
E还会继续遍历下去，最终E、F、G都是黑色，导致没有在本轮GC中回收，需要等待下一轮GC。此外并发标记后产生的新对象，通常的做法是直接当成黑色，本轮不会清除，可能会成为浮动垃圾（本应回收的没被回收）。

漏标：
假设GC线程已经遍历到E，此时应用线程先执行了

var G = objE.fieldG; 
objE.fieldG = null;  // 灰色E 断开引用 白色G 
objD.fieldG = G;  // 黑色D 引用 白色G

在这里插入图片描述
E > G 断开，D引用 G。此刻扫描到E，E到G的引用切断了，G故不会加入灰色集合。D引用了G，但是D已经是黑色了，不会再遍历G。G在本轮GC中被回收，影响到程序的正确性。

漏标必须要同时满足以下两个条件：

赋值器插入了一条或者多条从黑色对象到白色对象的新引用；
赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用。

解决漏标问题
破坏两个条件之一即可。如下：

增量更新：Incremental Update。
原始快照：Snapshot At The Beginning，SATB。

增量更新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时，就将这个新加入的引用记录下来，待并发标记完成后，重新对这种新增的引用记录进行扫描；原始快照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，也是将这个记录下来，并发标记完成后，对该记录进行重新扫描。

增量更新
如果在标记过程中发出引用的对象是黑色对象，且新的引用的目标对象为灰色或白色，那么就把发出引用的对象涂成灰色，后续会重新扫描。

write_barrier(obj, field, newobj) {
    // obj为引用者 newobj为被引用者 field为引用类型字段
    if($gc_phase == GC_MARK && obj.mark == TRUE && newobj.mark == FALSE) {
        obj.mark = FALSE;
        push(obj, $mark_stack);
    }
    *field = newobj;
}

在这里插入图片描述

原始快照
原始快照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，并发扫描结束后，在将这些记录重新扫描一次。

write_barrier(obj, field, newobj) {
    // obj为引用者 newobj为被引用者 field为引用类型字段
    oldobj = *field;
    if(gc_phase == GC_MARK && oldobj.mark == FALSE) {
        // 将被引用者涂成灰色
        oldobj.mark = TRUE;
        push(oldobj, $mark_stack);
    }
    *field = newobj;
}