G1垃圾收集器之SATB

简书 占小狼
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对象漏标

垃圾回收的并发标记阶段，gc线程和应用线程是并发执行的，所以一个对象被标记之后，应用线程可能篡改对象的引用关系，从而造成对象的漏标、误标，其实误标没什么关系，顶多造成浮动垃圾，在下次gc还是可以回收的，但是漏标的后果是致命的，把本应该存活的对象给回收了，从而影响的程序的正确性。

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

所以，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

对于第一种情况，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

对于第二种情况，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

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。

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

SATB保证了在并发标记过程中新分配对象不会漏标

但如果在TAMS之前有一个白色对象W，被一个灰色对象G引用，在并发标记扫描到这个字段之前被赋值为null，切断了对象W和对象G之间的引用关系，对象W就有可能漏标，这就是白色对象被漏标的第二种情况？

G1中如何解决？

在引用关系被修改之前，插入一层 pre-write barrier

pre-write barrier最终执行逻辑：

通过G1SATBCardTableModRefBS::enqueue(oop pre_val)把原引用保存到satb mark queue中，和RSet的实现类似，每个应用线程都自带一个satb mark queue.

在下一次的并发标记阶段，会依次处理satb mark queue中的对象，确保这部分对象在本轮GC是存活的。