JVM 深度剖析：三色标记法与并发可达性分析

后端

2023-09-01 16:26:25

序言

垃圾回收 (GC) 是 Java 虚拟机 (JVM) 中一项至关重要的功能，负责回收不再被应用程序使用的对象，释放宝贵的内存资源。在 GC 过程中，JVM 需要确定哪些对象是可达的，即仍在被程序使用，哪些对象可以安全地回收。

三色标记法

三色标记法是一种经典的算法，用于确定对象的可达性。它使用三种颜色（白色、灰色、黑色）标记对象：

白色： 表示对象尚未被扫描。
灰色： 表示对象正在被扫描，其引用指向的对象尚未被扫描。
黑色： 表示对象已被完全扫描，其引用指向的所有对象也已被扫描。

并发可达性分析

并发可达性分析在并发环境中执行三色标记法，需要解决以下挑战：

浮动垃圾： 由于并发执行，可能存在一些对象在扫描过程中被创建，但尚未被标记为灰色。这些对象称为浮动垃圾。
对象丢失： 由于并发执行，可能存在一些可达对象，但由于 GC 标记发生在这些对象被引用之前，导致它们被错误地回收。

解决浮动垃圾和对象丢失问题

1. 增量更新

增量更新通过在扫描过程中更新根集来解决浮动垃圾问题。根集是可达性分析的起点，包括应用程序线程栈上的对象和静态变量等根对象。在并发环境中，增量更新持续将新创建的对象添加到根集，确保浮动垃圾不会被错误地回收。

2. 原始快照

原始快照通过在开始扫描之前获取程序的快照来解决对象丢失问题。这个快照包含所有可达对象及其引用链。在扫描过程中，如果发现某个对象不在快照中，则表明它已在扫描开始后被创建，并且需要将其标记为灰色。

示例

考虑以下 Java 代码示例：

public class Example {

    static Object root;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        root = new Object();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            // 模拟并发执行
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            // 创建一个新对象并赋给根引用
            root = new Object();
        });

        t1.start();
        t1.join();

        // GC 标记和清除过程
    }
}