Java 虚拟机并发可达性分析

一、并发标记

目的

传统收集器进行可达性分析标记时,会暂停所有用户线程。为降低标记阶段对用户线程暂停的时间,单独开辟一个线程进行可达性分析实现标记,即可不影响用户线程的正常运行。

使用场景

目前众多收集器都使用了并发标记来减少停顿时间,例如:CMS 收集器、G1 收集器、Shenandoah 收集器等。

二、可达性分析

并发标记线程进行标记时,用户修改了某些对象引用导致对象引用图状结构发生变更,会带来以下两种问题:

  • 原本可回收对象标记为不可回收
    虽然是错误的标记结果,但只是会产生 浮动垃圾 而已,可在下次收集时再清理。
  • 原本不可回收对象标记为可回收
    这是非常严重的错误,一定会带来程序的错误。

标记错误过程图

为更好解释标记错误的产生,我们引入下面的过程图解。


图1. 并发标记对象错误示意图

有关理论证明,当且仅当以下两种条件满足时会产生,会产生误标记白色的问题:

  • 赋值器插入了一条或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白色对象的直接或间接引用

三、解决方案

只需要破坏误标记条件其中之一,即可解决标记错误的问题,于是有两种解决方案:增量更新、原始快照(SATB)。

增量更新

增量更新要破坏第一个条件,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,并发扫描结束后,再 将这些记录的引用关系中黑色对象为根,重新扫描一次

可简化理解为黑色对象一旦新插入指向白色对象的引用后,它就变为灰色对象。

原始快照

原始快照要破坏第二个条件,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,再 将这些记录的引用关系中灰色对象为根,重新扫描一次。CMS 使用此方式进行并发标记。

可简化理解为无论引用关系是否删除,都会按照刚开始扫描的那一刻的对象关系图进行搜索,即给最初的关系图进行了快照。G1、Shenandoah 使用此方式进行并发标记。

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