跨代引用

在說記憶集和卡表之前，先給大家介紹一下跨代引用的問題。

假如要現(xiàn)在進行一次只局限于新生代區(qū)域內的收集(Minor GC)，但新生代的實例對象1在老年代中被引用，為了找出該區(qū)域(新生代)中所有的存活對象，不得不在固定的GC Roots之外，再額外遍歷整個老年代中所有對象來確保可達性分析結果的正確性，反過來也是一樣。遍歷整個老年代所有對象的方案雖然理論上可行，但無疑會為內存回收帶來很大的性能負擔。

事實上并不只是新生代、老年代之間才有跨代引用的問題，所有涉及部分區(qū)域收集（Partial GC)行為的垃圾收集器，典型的如G1、ZGC和Shenandoah收集器，都會面臨相同的問題。

解決跨代引用

首先，跨代引用相對于同代引用來說僅占極少數(shù)。原因是跨代引用的對象應該傾向于同時生存或者同時死亡的（舉個：如果某個新生代對象存在跨代引用，由于老年代對象難以消亡，該引用會使得新生代對象在收集時同樣得以存活，進而在年齡增長之后晉升到老年代中，這時跨代引用也隨即被消除了）。

依據(jù)上面說所，就不應再為了少量的跨代引用去掃描整個老年代，也不必浪費空間專門記錄每一個對象是否存在及存在哪些跨代引用，只需在新生代上建立一個全局的數(shù)據(jù)結構（該結構被稱為“記憶集”，Remembered Set)，這個結構把老年代劃分成若干小塊，標識出老年代的哪一塊內存會存在跨代引用。此后當發(fā)生Minor GC時，只有包含了跨代引用的小塊內存里的對象才會被加入到GCRoots進行掃描。雖然這種方法需要在對象改變引用關系(如將自己或者某個屬性賦值)時維護記錄數(shù)據(jù)的正確性，會增加一些運行時的開銷，但比起收集時掃描整個老年代來說仍然是劃算的。

下面就來介紹一下這個全局的數(shù)據(jù)結構記憶集。

記憶集

記憶集是一種用于記錄從非收集區(qū)域指向收集區(qū)域的指針集合的抽象數(shù)據(jù)結構。如果我們不考慮效率和成本的話，最簡單的實現(xiàn)可以用非收集區(qū)域中所有含跨代引用的對象數(shù)組來實現(xiàn)這個數(shù)據(jù)結構，如下面代碼所示:

//以對象指針來實現(xiàn)記憶集的偽代碼
Class RememberedSet {
	Object[] set[OBJECT_INTERGENERATIONAL_REFERENCE_SIZE]; 
}

這種記錄全部含跨代引用對象的實現(xiàn)方案，無論是空間占用還是維護成本都相當高昂。而在垃圾收集的場景中，收集器只需要通過記憶集判斷出某一塊非收集區(qū)域是否存在有指向了收集區(qū)域的指針就可以了，并不需要了解這些跨代指針的全部細節(jié)。那設計者在實現(xiàn)記憶集的時候，便可以選擇更為粗獷的記錄粒度來節(jié)省記憶集的存儲和維護成本。下面列舉了一些可供選擇（當然也可以選擇這個范圍以外的）的記錄精度：

• 字長精度：每個記錄精確到一個機器字長（就是處理器的尋址位數(shù)，如常見的32位或64位，這個 精度決定了機器訪問物理內存地址的指針長度），該字包含跨代指針。
• 對象精度：每個記錄精確到一個對象，該對象里有字段含有跨代指針。
• 卡精度：每個記錄精確到一塊內存區(qū)域，該區(qū)域內有對象含有跨代指針。

上面的，第三種“卡精度”所指的是用一種稱為“卡表”(Card Table)的方式去實現(xiàn)記憶集，這也是目前最常用的記憶集的實現(xiàn)形式。

卡表和記憶集又有什么關系呢？

前面介紹記憶集的時候提到 記憶集其實是一種"抽象”的數(shù)據(jù)結構，抽象的意思是只定義了記憶集的行為意圖，并沒有定義其行為的具體實現(xiàn)。卡表就是記憶集的一種具體實現(xiàn)，它定義了記憶集的記錄精度、與堆內存的映射關系等。關于記憶集與卡表的關系，可以按照Java中Map與HashMap的關系來類比理解（即接口和實現(xiàn)類來的關系）。

下面來詳細說一下記憶集的具體實現(xiàn)卡表

卡表

卡表是使用一個字節(jié)數(shù)組CARD_TABLE[] 實現(xiàn)，每個元素對應其標識的內存區(qū)域一塊特定大小的內存塊，每個內存塊稱為卡頁，hotspot使用的卡頁是2^9大小 即512字節(jié)。如下圖所示

這樣我們就可以把某個區(qū)域按照卡頁進行劃分，假如我們現(xiàn)在要對新生代區(qū)域進行垃圾回收，那么就可以把老年代區(qū)域看成是一個卡頁一個卡頁劃分好的，如下圖所示。

如圖所示，因為cardpage1中存在指向新生代的跨代引用，所以對應卡表的第一個位置為1，表明該page區(qū)域存在跨代應用的對象。

• 卡表角度：因為page1中存在跨代飲用的對象，所以卡表對應的第一個位置記為1，表明page1這個元素變臟。
• 內存回收角度：因為卡表的第一個位置為1，表明該page區(qū)域存在跨代應用的對象，垃圾回收的時候需要掃描該區(qū)域。

一個卡頁的內存中通常包含不止一個對象，只要卡頁內有一個(或更多）對象的字段存在著跨代指針，那就將對應卡表的數(shù)組元素的值標識為1，稱為這個元素變臟（Dirty)，沒有則標識為0。在垃圾收集發(fā)生時，只要篩選出卡表中變臟的元素，就能輕易得出哪些卡頁內存塊中包含跨代指針，把它們加入GC Roots中一并掃描。這樣就不需要掃描整個老年代大大減少GC Roots的掃描范圍。 

到此這篇關于Java 萬字超詳細講解記憶集和卡表的文章就介紹到這了,更多相關Java 記憶集和卡表內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！