JVM基础系列：三色标记算法
- 白色：说明这个对象没有被标记过，在初始阶段，所有对象都是白色，整个过程枚举完最后仍是白色的对象会被当做垃圾对象被清理。
- 灰色：这个对象正在被标记，但是这个对象直接引用的对象中，至少还有一个没有被标记过。
- 黑色：对象和他直接引用的所有对象都被标记过，对直接引用的对象下一级引用不做要求，比如A只引用了B，B引用了C、D，那么只要A和B都被标记过，A就是黑色，即使B所引用的C或D还没有被访问到，此时B就是灰色。
根据定义jvm中三色标记算法大致流程是：
- 首先从GC Roots开始标记，他们所有直接引用对象变成灰色，自己本身变为黑色（GC Roots对象本身不是垃圾），这里我们用队列去存储灰色对象，把这些灰色对象放到队列中。
- 然后从队列中取出灰色对象继续进行分析：将这个对象所有直接引用变成灰色，放入队列中，然后这个对象变为黑色；如果没有直接引用就直接变为黑色。
- 继续从队列中取出一个灰色对象，重复第二步，一直到灰色队列为空。
- 分析完后，仍然是白色的对象，就是不可大对象，可以作为垃圾被回收。
- 最后重置标记状态。
下面提供一个例子，加深下印象：
刚开始所有对象都是白色：
三色标记初始阶段（标记的初始解读，不是CMS的初始标记），所有GC Roots直接引用（A、B、E）变成灰色，放入队列中，GC Roots变成了黑色：
然后从灰色队列中取出一个灰色对象进行标记，比如A、将他直接引用C、D变成灰色，放入队列，A因为已扫描完它的直接引用对象，所以变成黑色：
继续取出灰色对对象，比如取出B对象，将它的直接引用F标记为灰色，放入队列，B对象此时标记为黑色：
继续从队列中取出灰色对象E，但是E没有直接引用其他对象，将E标记为黑色：
根据上述步骤，取出C 、D 、F 对象进行分析，他们都没有直接引用其他对象，那么就变为黑色：
最终分析标记结束后，还有一个G对象是白色，说明此G 对象是一个垃圾对象，不可访问，可以被清理掉。
三色标记的缺陷：
如果整个标记过程是STW的，那么没有任何问题，但是并发标记过程中，用户线程也在运行，那么对象引用关系很可能发生变化，进而导致前面提到过的两个问题的出现。
- 浮动垃圾（标记为不是垃圾对象，变成了垃圾）
比如垃圾回收线程标记回到上面的这个状态：
此时E对象已经被标记为黑色，表示不是垃圾，不会被清除，因为处在并发标记阶段，同一时刻某个用户线将GC Root2和E对象之间的关系断开了（objRoot2.e = null;)，如图：
很显然，E对象变为了垃圾对象，但是由于之前被标记为黑色，就不会被当作垃圾回收，这种问题称之为浮动垃圾。
- 漏标、错杀问题（标记为垃圾对象，变成了非垃圾）
上面提及到浮动垃圾的问题，影响不大，即使本次不清理，下次GC也会被清理，而且在并发清理阶段也会产生所谓的浮动垃圾，因为用户线程也在不断地断开引用，影响不大。但是如果一个非垃圾对象，变成了垃圾，后果就比较严重，再回到上面地状态：
这里标记线程执行到分析B对象，但是刚好发生线程切换，操作系统调度用户线程来运行，而用户线程先执行A.f = F；那么引用关系变成了：
紧接着执行：B.f = null ；那么关系就变成了:
用户线程做完上述动作，GC线程重新开始运行，按照之前的流程继续走，从对类中取出B对象，发现对象没有直接引用，那么B对象变成了黑色：
接着继续取出 E、C、D 三个灰色对象，他们没有直接引用，那么变为黑色对象：
到现在所有对象分析完毕，从图中也可以明显看出问题，就是还在被黑色对象引用的F被标记为白色，那么此时会判断它是垃圾，会被回收清理掉，那程序运行如果需要用到F对象，将会有问题。 那怎么处理这些问题？
增量更新和原始快照（SATB）
上面的两个问题，从结果来说，可以简单归纳为:
- 一个本应该是垃圾的对象被标记为非垃圾
- 一个本应该不是垃圾的对象被标记为垃圾
对于第一个问题，前面也提到了，即使不去处理也无所谓，大不了等下一次GC的时候再清理。第二个问题就比较严重，分分钟发生空指针异常，可以看出来，出现第二个问题必须满足两个条件：
- 并发标记过程中黑色对象(A)引用了白色对象(F)
- 灰色对象(B)断开了同一个白色对象(F)引用
这样导致了这个白色对象被错误的回收，只要打破上述中的其中一个条件，就可以有效的避免这种现象，对应的就有两种方案，分别是增量更新（Incremental Update）和原始快照（SATB, Snapshot At The Beginning）。
读写屏障
在讲解如何解决漏标，错杀问题前，先说说读写屏障和并发编程里的内存屏障是两码事，这里的屏障可以简单理解为在读写操作前后插入一段代码，用于记录一些信息，保存某些数据等，其概念类似于AOP。
增量更新（CMS处理方式）
增量更新是站在新增引用对象(A)的角度来解决问题(即破坏条件1)，所谓增量更新就是在赋值操作前添加一个写屏障，在写屏障中记录新增的引用。上面的例如，并发标记阶段，用户线程执行：A.f = F，那么在写屏障中将新增的这个引用关系记录下来。其实就是，当黑色对象新增一个白色对象的引用时，通过写屏障把这个关系记录下来。然后在重新标记阶段，再以此引用关系的黑色对象为根，再扫描一次，以保证不会漏标。
要实现也很简单，在重新标记阶段直接把A对象变为灰色，放入灰色队列中，再来一次标记分析过程，但是如果此过程用户线程还在继续运行，那么也会有漏标的情况，所以重新标记需要STW，但是这个时间耗时不会太长，因为在并发标记的时候，已经把大部分对象都正确标记了。如果时间还是太长，可以设置在重新标记前，执行一次Minor GC，这个在CMS垃圾回收器中是可以设置参数-XX:+CMSScavengeBeforeRemark 。
原始快照（G1 解决方式 SATB）
原始快照是站在减少对象引用(B)的角度来解决问题(即破坏条件2)，所谓原始快照，简单来说，就是赋值操作（B.f = null）,那么在写屏障中，首先会把B.f 记录下来，在进行置空操作，记录下来这个对象就可以称之为原始快照。
记录下来之后呢？很简单，之后直接将他变为黑色，意思就是默认认为它不是垃圾，不需要清理，当然这里的F 有可能是垃圾，也有可能不是，如果是垃圾，就当作浮动垃圾，在下次回收的时候处理掉。
方案抉择
为什么G1采用SATB而不是使用增量更新呢？我自己的理解是，因为采用增量更新把黑色对象重新标记为灰色后，之前扫描过的还要再扫描一次，效率太低。
G1有RSet与SATB相结合，Card Table里记录了 RSet，RSet记录了其他指向自己的对象的引用，这样不需要去扫描其他区域，只要扫描RSet就可以知道是否被引用，这样效率比较高。当然这个是博主的猜测，如果读者朋友有更好的想法，欢迎提出。
G1、CMS有很多地方可以展开来说说，后续会各自出一篇文章来描述。
