垃圾回收的时候怎么解决错标和漏标问题
1. CMS 垃圾回收器解决漏标和错标的方法
CMS（Concurrent Mark-Sweep）是一种并发标记的垃圾回收器。它使用 三色标记法 来区分对象状态，并通过增量更新（Incremental Update）和重新标记（Remark）阶段解决并发标记带来的漏标和错标问题。
三色标记算法概述
三色标记法将对象划分为三种颜色，以跟踪其状态：
- 白色：未访问的对象，可能是垃圾。
- 灰色：已访问，但它的引用对象还未全部扫描。
- 黑色：已访问且其引用对象也已全部扫描。
在标记阶段，CMS 会将所有对象从白色变为灰色，最终变为黑色，这样可以保证所有存活对象被标记为黑色。漏标和错标问题在并发标记时出现的原因如下：
- 漏标：应用线程在标记阶段新创建的对象引用关系可能被漏掉，导致对象被错误地标记为垃圾。
- 错标：应用线程在标记阶段将白色对象的引用添加到黑色对象中，这样可能导致白色对象未被标记而被当作垃圾。
CMS 解决错标问题：增量更新（Incremental Update）
增量更新用于防止错标，具体如下：
- 在标记阶段，若应用线程将一个白色对象的引用添加到一个黑色对象中，CMS 会将该白色对象重新标记为灰色，确保它被标记。
- 通过这样的方法，CMS 可以防止引用从黑色对象指向白色对象而导致的错标。
举例说明：
假设有对象 A 和 B，其中 A 已被标记为黑色，B 尚未标记（为白色）：
- 应用线程在并发标记阶段为
A添加了对B的引用。 - 按照三色标记算法，
B仍为白色，但增量更新会监控这一新增的引用关系，将B改为灰色。 - 这保证了
B会在后续标记中被扫描并标记，避免B被误认为垃圾。
CMS 解决漏标问题：重新标记（Remark）阶段
重新标记（Remark）阶段是一次短暂停顿（STW）操作，用于确保并发标记期间产生的新对象引用关系被扫描，避免漏标。
- 在重新标记阶段，垃圾回收线程会暂停应用线程，将并发标记期间产生的新引用对象进行补充标记。
- 通过这个阶段，CMS 确保不会漏标任何在标记阶段新增的存活对象。
举例说明：
假设并发标记开始时，堆中的对象关系如下：
A -> B -> C
在并发标记阶段中：
- 应用线程在
A上新增了指向D的引用。 - 在重新标记阶段，
D将被检查并标记为灰色，随后扫描D的所有引用。 - 这样，
D及其引用的所有对象都被正确标记，避免漏标。
2. G1 垃圾回收器解决漏标和错标的方法
G1 采用一种称为 原始快照（Snapshot-At-The-Beginning, SATB） 的技术来解决漏标和错标问题。G1 使用原始快照来追踪在标记阶段开始时所有存活对象的引用关系，确保它们被标记为存活。
三色标记算法在 G1 中的应用
在 G1 中也使用三色标记法，通过原始快照的记录，可以确保对象不会被漏标或错标。
- 错标问题：G1 使用 原始快照（SATB） 来避免错标。在并发标记阶段，任何对象在标记开始时是存活的（即在原始快照中），就会被标记为灰色，即便引用关系在标记阶段发生变化。
- 漏标问题：G1 使用 最终标记（Final Remark） 阶段来扫描并标记在并发标记期间新创建或修改的对象引用。
G1 解决错标问题：原始快照（SATB）
在原始快照（SATB）机制下，G1 会在标记开始时记录所有可达对象（即存活对象），形成一个“快照”。在标记过程中，即使引用关系发生变化，G1 会继续标记在快照中记录的所有对象，确保原始可达对象不被误判为垃圾。
举例说明：
假设在标记阶段开始时有对象关系：
A -> B -> C
- 在标记开始时，
A、B、C都被记录为可达对象。 - 如果在标记过程中，应用线程将
A的引用移除，导致A无法通过新引用关系访问到B、C。 - 由于 SATB 记录了原始快照，G1 会继续扫描
B和C，确保它们被标记为存活，避免错标。
G1 解决漏标问题：最终标记（Final Remark）
G1 使用 最终标记阶段（Final Remark） 来解决漏标问题。在并发标记期间，新创建的对象或引用关系会被 G1 记录并在最终标记阶段扫描，确保没有对象被漏标。
举例说明：
假设在并发标记过程中，新的对象引用关系如下：
-
D被新增，且A -> D
- 在最终标记阶段（STW 短暂停顿），G1 会扫描
D，将其标记为灰色，随后扫描D的引用。 - 这样，G1 可以确保在并发标记期间产生的新对象不会被漏掉。
总结
CMS 的方法
- 错标：通过 增量更新 方法，在标记阶段动态跟踪对象间的新引用关系，确保白色对象重新变为灰色，避免错标。
- 漏标：通过 重新标记（Remark） 阶段，扫描并标记标记阶段新增的引用对象，防止漏标。
G1 的方法
- 错标：通过 原始快照（SATB） 方法，记录标记开始时的所有可达对象，确保引用关系变化后，这些对象仍被视为存活，避免错标。
- 漏标：通过 最终标记（Final Remark） 阶段，标记并发标记阶段新增的对象引用关系，确保所有存活对象都被扫描。
CMS 和 G1 的 漏标 和 错标 处理方式各有优缺点，具体如下：
CMS 的方式：增量更新（Incremental Update）+ 重新标记（Remark）
优点：
-
低复杂度：
- 增量更新机制简单直接，只需要监控应用线程的新增引用，并重新标记目标对象为灰色即可。
- 重新标记阶段虽然需要短暂 STW，但算法简单可靠。
-
实时性较好：
- 增量更新在并发标记阶段执行，与应用线程协同工作，减少对应用线程的干扰。
-
成熟稳定：
- 增量更新和重新标记已经被广泛应用于多种垃圾回收器，算法逻辑清晰、实现成熟。
缺点：
-
高开销：
- 增量更新需要实时跟踪应用线程的修改操作，会增加写屏障的开销。
- 如果应用线程频繁更新引用关系，会导致增量更新操作频繁，从而降低效率。
-
重新标记需要 STW：
- 重新标记阶段虽然耗时较短，但仍然会暂停所有应用线程，对实时性有一定影响。
-
对内存占用不敏感：
- CMS 更加关注回收时间，但对内存利用率不敏感。在高内存压力场景下，容易导致老年代内存不足。
G1 的方式：原始快照（SATB）+ 最终标记（Final Remark）
优点：
-
准确性高：
- SATB 通过在标记阶段开始时记录“原始快照”，确保所有存活对象不会因为引用变化而被误标为垃圾，从根本上避免错标问题。
-
并发性能好：
- SATB 在并发标记阶段完成大部分标记工作，最终标记阶段只是对少量新增引用对象进行补充扫描，减少了 STW 时间。
-
适应复杂场景：
- SATB 的“快照”机制可以适应高并发和复杂对象引用变化的场景，尤其是在大内存、多核环境下表现更优。
-
整合年轻代和老年代：
- G1 能统一处理年轻代和老年代的内存分配和回收，提升了内存利用率。
缺点：
-
较高的实现复杂度：
- SATB 需要维护原始快照，写屏障逻辑复杂，增加了实现和调试难度。
- 实现 SATB 需要额外的内存空间来存储快照数据。
-
写屏障开销：
- SATB 需要在每次对象引用变更时记录引用关系，会增加写屏障的时间开销，尤其是高频引用更新的场景可能导致性能下降。
-
对 STW 敏感：
- 最终标记阶段（Final Remark）仍需要短暂停顿（STW），如果堆内存巨大或应用线程繁忙，STW 时间可能会变长。
优缺点对比总结
| 特性 | CMS | G1 |
|---|---|---|
| 漏标处理 | 重新标记（Remark），简单但需短暂 STW | 最终标记（Final Remark），精准且 STW 时间短 |
| 错标处理 | 增量更新（Incremental Update），低开销 | 原始快照（SATB），避免复杂引用错标 |
| 实时性 | 增量更新实时性较好，但重新标记需暂停 | 并发性能较好，适合大内存场景 |
| 复杂度 | 算法简单，成熟稳定 | 实现复杂，需维护原始快照 |
| 写屏障开销 | 相对较低，依赖引用关系更新频率 | 较高，尤其在高频引用变更时 |
| 内存适应性 | 对老年代内存利用率敏感，可能出现内存不足 | 整合年轻代和老年代，提升内存利用率 |
适用场景对比
-
CMS 适用场景：
- 实时性要求较高，但对象引用更新频率较低的场景。
- 中小型堆内存场景（如 ≤ 4GB）。
-
G1 适用场景：
- 大内存（如 ≥ 4GB）、多核 CPU 环境下。
- 对延迟敏感的场景，尤其是需要控制 STW 时间的业务。
