JVM三色标记与读写屏障

前言

本文主要讲解三色标记具体工作原理，多标导致的浮动垃圾、漏标的处理方案（读写屏障）等。

基本概念

   JVM 中的垃圾回收是基于 标记-复制、标记-清除和标记-整理三种模式的，那么其中最重要的其实是如何标记，像Serial、Parallel这类的回收器，无论是单线程标记和多线程标记，其本质采用的是暂停用户线程进行全面标记的算法，这种算法的好处就是标记的很干净，而且实现简单，缺点就是标记时间相对很长，导致STW的时间很长；

   那么后来就有了并发标记，适用于CMS和G1，并发标记的意思就是可以在不暂停用户线程的情况下对其进行标记，那么实现这种并发标记的算法就是三色标记法，三色标记法最大的特点就是可以异步执行，从而可以以中断时间极少的代价或者完全没有中断来进行整个GC。
   无论使用哪种算法，标记总是必要的一步。这是理算当然的，你不先找到垃圾，怎么进行回收？

基本流程

垃圾回收器的工作流程大体如下：

1. 标记出哪些对象是存活的，哪些是垃圾（可回收）；
2. 进行回收（清除/复制/整理），如果有移动过对象（复制/整理），还需要更新引用。

本文着重来看下标记的部分。

三色标记

基本算法

要找出存活对象，根据可达性分析，从GC Roots开始进行遍历访问，可达的则为存活对象：

最终结果：A/D/E/F/G 可达

我们把遍历对象图过程中遇到的对象，按“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色：

• 白色：尚未被GC访问过的对象，如果全部标记已完成依旧为白色的，称为不可达对象，既垃圾对象。
• 黑色：本对象已经被GC访问过，且本对象的子引用对象也已经被访问过了。
• 灰色：本对象已访问过，但是本对象的子引用对象还没有被访问过，全部访问完会变成黑色，属于中间态。

标记过程

1. 在GC并发标记刚开始时，所以对象均为白色集合。
2. 将所有GCRoots直接引用的对象标记为灰色集合。
3. 判断若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放入灰色集合，当前对象放入黑色集合。
4. 按照步骤三，以此类推，直至灰色集合中的所有对象变成黑色后，本轮标记完成，且当前白色集合内的对象称为不可达对象，既垃圾对象。

多标与漏标

问题：由于此过程是在和用户线程并发运行的情况下，对象的引用处于随时可变的情况下，那么就会造成多标和漏标的问题。

多标与浮动垃圾

如图：开始有A->B的引用，但此时应用执行 objA.fieldB = null，将引用断开

此刻之后，对象B/C/D是“应该”被回收的。然而因为B已经变为灰色了，其仍会被当作存活对象继续遍历下去。最终的结果是：这部分对象仍会被标记为存活，即本轮GC不会回收这部分内存。

这部分本应该回收 但是 没有回收到的内存，被称之为“浮动垃圾”。浮动垃圾并不会影响应用程序的正确性，只是需要等到下一轮垃圾回收中才被清除。

漏标

如图：开始没有A->D的引用，但此时应用执行如下代码

var D