G1的SATB

　　本文受到狼哥占小狼的启发，https://www.jianshu.com/p/9e70097807ba

　　在上一篇 G1的GC模式中介绍了在最终标记阶段 会使用SATB算法进行最终的标记 https://www.cnblogs.com/juniorMa/articles/13879270.html。

但关于SATB的一些详细知识还没有介绍，本文就继续介绍什么是SATB，SATB能解决的问题.

一 三色标记法

　　先说说三色标记法　

为了解决在并发标记过程中，存活对象漏标的情况，GC HandBook把对象分成三种颜色：

  1. 黑色：自身以及可达对象都已经被标记
  2. 灰色：自身被标记，可达对象还未标记
  3. 白色：还未被标记

　　G1之所以很快，就是因为G1不会对一个已经是黑色的对象变成灰色，即使它的成员会在并发标记内指向一个新的对象。减少了最终标记的工作量。

　　而它能够做到就是依赖SATB算法。

　　说回三色标记，三色标记法要解决的问题就是错标和漏标。这里先明确一个概念，在垃圾收集过程中被标记过的才是活对象，没标记的就是垃圾，也就是白色对象。

　　错标就是指它是垃圾，结果在本轮没被回收，这个还是可以接受的，毕竟下一轮还是能回收的。

　　但是漏标就严重了，一个没有被标记过的对象会被当成垃圾回收，这就会导致程序出错了。

　　漏标的情况只会发生在白色对象中，且满足以下任意一个条件：

  1. 并发标记时，应用线程给一个黑色对象的引用类型字段赋值了该白色对象
  2. 并发标记时，应用线程删除所有灰色对象到该白色对象的引用，也就是赋值为NULL

　　G1的解决办法是这样的，对于1 利用post-write barrier，记录所有新增的引用关系，然后根据这些引用关系为根重新扫描一遍。那么什么是post-write barrier呢？就是大名鼎鼎的Result Set了。

　　对于2 则是利用pre-write barrier，将所有即将被删除的引用关系的旧引用记录下来，最后以这些旧引用为根重新扫描一遍。

　　这就会让本来应该死的对象活下来，会增加浮动垃圾但是可以减少做标记的工作量加快速度。

二 SATB　　　　

　　SATB全称snapshot-at-the-beginning，由Taiichi Yuasa为增量式标记清除垃圾收集器开发的一个算法，主要应用于垃圾收集的并发标记阶段，解决了CMS垃圾收集器重新标记阶段长时间STW的潜在风险。SATB有两大特性：
- Anything live at Initial Marking is considered live.
- Anything allocated since Initial Marking is considered live.

　　接下来就详细的解释下这两句话是怎么回事。

　　1 Anything live at Initial Marking is considered live.

　　初始标记已经活着的对象在整个混合GC周期里都认为是活着的。
　　SATB在并发标记中不处理对象的赋新值的场景，只处理一个对象的成员被赋值为NULL的场景。 
write_barrier_slot(Object* src, Object** slot, Object* new_ref) { 
    old_ref = *slot;
    if( !is_marked(old_ref) ){
      enqueue(old_ref);
    }
    *slot = new_ref;
}

　　此时保存旧引用，这样旧引用对象就会被标记到，也就是上面说的 Anything live at Initial Marking is considered live.

　　2  Anything allocated since Initial Marking is considered live.

　　Region包含了5个指针，分别是bottom、previous TAMS、next TAMS、top和end

　　

　　　　

　　其中previous TAMS、next TAMS是前后两次发生并发标记时的位置，全称top-at-mark-start，
　　1、假设第n轮并发标记开始，将该Region当前的top指针赋值给next TAMS，在并发标记标记期间，分配的对象都在[next TAMS, top]之间，SATB能够确保这部分的对象都会被标记，默认都是存活的
　　2、当并发标记结束时，将next TAMS所在的地址赋值给previous TAMS，SATB给 [bottom, previous TAMS] 之间的对象创建一个快照Bitmap，所有垃圾对象能通过快照被识别出来
　　3、第n+1轮并发标记开始，过程和第n轮一样
　　
　　这样在remark阶段，就能保证在并发收集线程里保存的就引用值不会漏标，新增的那些对象也不会漏标
 
===============================2021-10-25更新===============================

SATB详细流程

  1. SATB是维持并发GC的一种手段。G1并发的基础就是SATB。SATB可以理解成在GC开始之前对堆内存里的对象做一次快照，此时活的对像就认为是活的，从而开成一个对象图。

  2. 在GC收集的时候，新生代的对象也认为是活的对象，除此之外其他不可达的对象都认为是垃圾对象。

  3. 如何找到在GC过程中分配的对象呢？每个region记录着两个top-at-mark-start(TAMS)指针，分别为prevTAMS和nextTAMS。在TAMS以上的对象就是新分配的，因而被视为隐式marked。

  4. 通过这种方式我们就找到了在GC过程中新分配的对象，并把这些对象认为是活的对象。

  5. 解决了对象在GC过程中分配的问题，那么在GC过程中引用发生变化的问题怎么解决呢？

  6. G1给出的解决办法是通过Write Barrier。Write Barrier就是对引用字段进行赋值做了额外处理。通过Write Barrier就可以了解到哪些引用对象发生了什么样的变化。

  7. mark的过程就是遍历heap标记live object的过程，采用的是三色标记算法，这三种颜色为white（表示还未访问到）、gray（访问到但是它用到的引用还没有完全扫描）、back（访问到而且其用到的引用已经完全扫描完）。

  8. 整个三色标记算法就是从GC roots出发遍历heap，针对可达对象先标记white为gray，然后再标记gray为black；遍历完成之后所有可达对象都是balck的，所有white都是可以回收的。

  9. SATB仅仅对于在marking开始阶段进行“snapshot”(marked all reachable at mark start)，但是concurrent的时候并发修改可能造成对象漏标记。并非所有对象，而是开始阶段的存活对象

  10. 对black新引用了一个white对象，然后又从gray对象中删除了对该white对象的引用，这样会造成了该white对象漏标记。

  11. 对black新引用了一个white对象，然后从gray对象删了一个引用该white对象的white对象，这样也会造成了该white对象漏标记。

  12. 对black新引用了一个刚new出来的white对象，没有其他gray对象引用该white对象，这样也会造成了该white对象漏标记。

       总结：
　　1 G1标记分为快照部分和增量部分。
　　2 快照部分是初始标记的时候做快照，哪些对象是活的就让它活过本轮GC。增量部分通过写屏障记录到RSET中，在最终标记的时候只扫描RSET。
　　3 增量部分还包括新增的对象，如果表示新增对象。每个Region都有分配对象的指针，TAMS top-at-mark-start(TAMS)。在两个TAMS指针之间的就是新增对象
　　

　　

posted on 2020-10-27 10:56  MaXianZhe  阅读(1018)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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