三色标记（可达性分析算法）及一些思考

最近，在阅读《深入理解Java虚拟机》一书关于可达性分析内容的描述后，有些感悟，故写下此文章。

首先，我们假设根节点已经枚举完毕，并以该根节点为起点对Java对象进行可达性分析，

三色标记算法

在可达性分析的过程中，先约定好三种颜色的含义，按照“是否访问过”进行划分：

• 白色：对象未被垃圾回收器访问过。在垃圾回收结束之后，对象仍然为白色，即表示不可达。
• 黑色：对象及其所有引用都已被扫描过，是安全可存活的。

• 如果由其它对象的引用指向黑色对象无需重新扫描。
• 黑色对象不可直接指向白色对象。

• 灰色：对象已被访问过，但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描。

那么假设单线程执行（此时用户线程都被挂起），执行顺序如图所示，这个过程是没啥问题的。

（该图来源于《深入理解Java虚拟机》P88）

并发下导致的问题

如果用户线程和垃圾回收的线程并发执行，那么可能会有如下的执行顺序：

阅读这部分内容的时候，一直在纠结一个点，前文提到黑色对象不可直接指向白色对象的，这里又说用户线程将白色对象与黑色对象建立了引用关系，两者之间是否矛盾？后边想了想，前者说的【黑色对象不可直接指向白色对象】应该是指垃圾回收线程正常执行的情况下，无用户线程并发修改引用的场景。

即用户线程和垃圾回收线程并发执行时会带来两种可能性：

• 原本应该消失的对象在可达性分析之后存活了。（浮动垃圾，可容忍，大不了下次清理）
• 原本应该存活的对象在可达性分析之后消失了。（0容忍）

对此，书中也给出了对象消失的先决条件（两者需要同时成立）：

• 赋值器插入了一条或多条从黑色对象到白色对象的新引用；
• 赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用

解决方式

知道对象消失的先决条件，那么解决方式只要破坏其中一条即可：

• 增量更新（CMS）
  • 当赋值器插入了一条或多条从黑色对象到白色对象的新引用时，将该引用记录下来，在并发可达性分析结束之后重新扫描。
• 原始快照（G1）
  • 按照一开始扫描的对象图进行搜索，如果在这个过程中，赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用，将该引用记录下来，在并发可达性分析

这里阅读时也有个疑问，如果采用原始快照的方式，在可达性分析的过程中，用户线程新增了一个对象，并将黑色对象指向白色对象，这个时候如何处理？这里就要关注一个点了，【原始快照】即一开始扫描的对象图，在可达性分析的过程中，新增加的对象理所当然不在该对象图中。