面试题：Java CMS回收器的三色标记法及漏标问题解决

Question

在Java并发标记清理回收中，三色标记法是重要的标记策略。请深入分析三色标记法的原理，以及可能出现的漏标问题，并且说明如何解决漏标问题，包括具体的实现机制和涉及的相关技术点。

Answer 1

三色标记法原理

1. 三色定义：
   • 白色：表示对象尚未被垃圾回收器访问过。在标记开始阶段，所有对象均为白色。
   • 灰色：表示对象已经被垃圾回收器访问过，但其所有子对象还未被全部访问完。
   • 黑色：表示对象及其所有子对象都已经被垃圾回收器访问过。
2. 标记过程：
   • 从根对象（如栈上的引用、静态变量等）开始，将其标记为灰色，放入灰色对象集合。
   • 从灰色对象集合中取出一个灰色对象，遍历其所有的直接引用对象，将这些直接引用对象标记为灰色，并放入灰色对象集合，然后将该灰色对象标记为黑色。
   • 重复上述过程，直到灰色对象集合为空，此时白色对象即为垃圾对象，可以被回收。

可能出现的漏标问题

1. 条件：
   • 当一个黑色对象的子对象（原本可达）在标记过程中被赋值为null，同时另一个白色对象被赋值给了这个黑色对象原来子对象的位置，且这个白色对象在赋值前没有被其他灰色对象引用，就会出现漏标问题。
   • 简单来说，就是在标记过程中，对象引用关系发生变化，导致原本可达的对象被错误地标记为不可达（白色）。

解决漏标问题

1. 增量更新：
   • 实现机制：当黑色对象引用白色对象的关系被破坏（如黑色对象的某个子对象引用被置为null，同时新引用指向白色对象）时，记录这个引用关系变化。在标记结束后，将这些记录的引用关系中的白色对象重新标记为灰色，放入灰色对象集合，重新进行标记。
   • 相关技术点：需要一个数据结构（如写屏障）来记录引用关系的变化。写屏障在每次对象引用关系发生变化时，都会进行相应的记录操作，保证所有可能导致漏标的引用关系变化都能被捕获。
2. 原始快照（SATB）：
   • 实现机制：在标记开始时，记录下所有对象之间的引用关系快照。在标记过程中，如果对象的引用关系发生变化，判断变化是否导致了白色对象从可达变为不可达。如果是，则将该白色对象重新标记为灰色，放入灰色对象集合重新标记。
   • 相关技术点：同样依赖写屏障来捕获引用关系变化。在引用关系发生变化时，根据快照判断是否需要将白色对象重新标记为灰色。同时，需要高效的快照记录和比对机制，以保证在标记过程中能快速处理引用关系变化。