增量式垃圾回收算法

缘由

增量式垃圾回收是一种通过逐渐推进垃圾回收来控制mutator最大暂停时间的方法。增量式垃圾回收是将GC和mutator一点点交替运行的手法。

 

三色标记算法

Dijkstra等人提出的概念，按照各自的情况将对象分成三种

白色：还未搜索过的对象

灰色：正在搜索的对象

黑色：搜索完成的对象

算法描述

GC开始运行前所有的对象都是白色。

GC一开始运行，所有从根能到达的对象都会被标记，然后被放到栈里。GC只是发现了这样的对象，但还没有搜索完 它们，所以这些对象就成了灰色对象。

灰色对象被依次从栈中取出，其子对象也会被涂成灰色。当其所有子对象都被涂成灰色时，对象就会被涂成黑色。

当GC结束时已经不存在灰色对象，活动对象全部为黑色，垃圾则为白色。

增量式标记清除算法

分成三个阶段：

根查找阶段：能直接从GC根引用的对象涂为灰色

标记阶段：查找灰色对象，将其子对象涂为灰色，查找结束后将灰色对象涂为黑色

清除阶段：查找堆，将白色对象用空闲链表链接回收，黑色对象变为白色

根查找阶段

该阶段mutator线程会被中断。根据GC根查找直接引用的对象将其标记为灰色，加入标记栈中。该阶段结束后重新启动mutator线程。

标记阶段

与mutator线程交替执行。遍历标记栈中的灰色对象，访问其子对象后将对象标记位黑色。将标记为灰色的子对象加入标记栈，将标记 为黑色的对象冲标记栈中去除。由于mutator和标记线程交替执行，因此会出现GC根引用的变化，需要重新扫描GC根。

标记阶段存在的问题

图（a）是刚刚暂停标记阶段后的状态，A的所有子对象被搜索过被涂成黑色，B的子对象尚未被搜索被涂成黑色。所以接下来就要对B进行搜索了。在此我们继续 执行mutator。

图（b）是 mutator把A指向B的引用更新为从A指向C的状态，然后再删除从B指向C的引用，就成了图（c）。

mutator的这个修改导致原本被对象B（待标记）引用的对象C被对象A（已经标记结束）引用。会导致对象C漏标。

写屏障+增量更新

在对对象引用进行更新时拦截新的引用newObj。

如果新引用的对象newObj没有被标记，那么就将其标记后放入标记栈中。换而言之，就是如果newObj对象是白色，就把它涂成灰色。

清除阶段

同普通的标记-清除算法，使用空闲链表将垃圾对象回收。

分配

如果空闲区域尺寸不足则进行GC。从空闲链表分配一块空间，如果当前处于清除阶段且分配空间所在区域尚未清除，则将新分配空间设置为灰色。返回空间地址。

优点

缩短了应用程序的最大暂停时间

缺点

引入了写入屏障，增加额外负担，影响mutator的吞吐量

汤浅太一的算法

也称为快照GC，它以GC开始时对象间的引用关系（snapshot）为基础来执行GC。在GC开始回收垃圾时，保留GC开始 时的活动对象和GC执行过程中新分配的对象。

标记阶段

进入标记阶段后不需要再搜索根，因为它遵循了“以GC开始时对象间的引用关系为基础执行GC”这个原则。

写入屏障+快照

当引用变更时，如果引用的旧对象oldObj为白色对象。

当GC进入标记阶段且oldObj未被标记，则将其标记为灰色并加入标记栈中。

分配

在分配阶段会无条件的设置新分配对象为黑色。