垃圾回收器的相关知识点总结(3)

大多数的脚本执行时间都是发生在Crankshaft当中的,而Crankshaft常常能静态地判断出某个对象是否处于新生区。对于指向这些对象的写操作,可以无需写屏障。

Crankshaft中新出现了一种优化,即在对象不存在指向它的非局部引用时,该对象会被分配在栈上。而一个栈上对象的相关写操作显然无需写屏障。(译注:新生区和老生区在堆上。)

“老→新”这样的情况相对较为少见,因此通过将“新→新”和“老→老”两种常见情况的代码做优化,可以相对提升多数情形下的性能。每个页都以1MB对齐,因此给定一个对象的内存地址,通过将低20bit滤除来快速定位其所在的页;而页头有相关的标识来表明其属于新生区还是老生区,因此通过判断两个对象所属的区域,也可以快速确定是否是“老→新”。

一旦我们找到“老→新”的指针,我们就可以将其记录在写缓冲区的末端。经过一定的时间(写缓冲区满的时候),我们将其排序,合并相同的项目,然后再除去已经不符合“老→新”这一情形的指针。(译注:这样指针的数目就会减少,写屏障的时间相应也会缩短)

“标记-清除”算法与“标记-紧缩”算法

Scavenge算法对于快速回收、紧缩小片内存效果很好,但对于大片内存则消耗过大。因为Scavenge算法需要出区和入区两个区域,这对于小片内存尚可,而对于超过数MB的内存就开始变得不切实际了。老生区包含有上百MB的数据,对于这么大的区域,我们采取另外两种相互较为接近的算法:“标记-清除”算法与“标记-紧缩”算法。

这两种算法都包括两个阶段:标记阶段,清除或紧缩阶段。

在标记阶段,所有堆上的活跃对象都会被标记。每个页都会包含一个用来标记的位图,位图中的每一位对应页中的一字(译注:一个指针就是一字大小)。这个标记非常有必要,因为指针可能会在任何字对齐的地方出现。显然,这样的位图要占据一定的空间(32位系统上占据3.1%,64位系统上占据1.6%),但所有的内存管理机制都需要这样占用,因此这种做法并不过分。除此之外,另有2位来表示标记对象的状态。由于对象至少有2字长,因此这些位不会重叠。状态一共有三种:如果一个对象的状态为白,那么它尚未被垃圾回收器发现;如果一个对象的状态为灰,那么它已被垃圾回收器发现,但它的邻接对象仍未全部处理完毕;如果一个对象的状态为黑,则它不仅被垃圾回收器发现,而且其所有邻接对象也都处理完毕。

如果将堆中的对象看作由指针相互联系的有向图,标记算法的核心实际是深度优先搜索。在标记的初期,位图是空的,所有对象也都是白的。从根可达的对象会被染色为灰色,并被放入标记用的一个单独分配的双端队列。标记阶段的每次循环,GC会将一个对象从双端队列中取出,染色为黑,然后将它的邻接对象染色为灰,并把邻接对象放入双端队列。这一过程在双端队列为空且所有对象都变黑时结束。特别大的对象,如长数组,可能会在处理时分片,以防溢出双端队列。如果双端队列溢出了,则对象仍然会被染为灰色,但不会再被放入队列(这样他们的邻接对象就没有机会再染色了)。因此当双端队列为空时,GC仍然需要扫描一次,确保所有的灰对象都成为了黑对象。对于未被染黑的灰对象,GC会将其再次放入队列,再度处理。

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