jvm卡表理解

咱们知道，JVM在进行垃圾收集时，须要先标记全部可达对象，而后再清除不可达对象，释放内存空间。那么，如何快速的找到全部可达对象呢？

最简单粗暴的实现，就是每次进行垃圾收集时，都对整个堆中的全部对象进行扫描，找到全部存活对象。逻辑是简单，但性能比较差。

简单粗暴的实现方式，一般都是不可取的。那JVM是如何实现快速标记可达对象的？

答案是GC Roots。

GC Roots是垃圾收集器寻找可达对象的起点，经过这些起始引用，能够快速的遍历出存活对象。GC Roots最多见的是静态引用和堆栈的局部引用变量。然而，这不是咱们这讲的重点：)

现代JVM，堆空间一般被划分为新生代和老年代。因为新生代的垃圾收集一般很频繁，若是老年代对象引用了新生代的对象，那么，须要跟踪从老年代到新生代的全部引用，从而避免每次YGC时扫描整个老年代，减小开销。

对于HotSpot JVM，使用了卡标记（Card Marking）技术来解决老年代到新生代的引用问题。具体是，使用卡表（Card Table）和写屏障（Write Barrier）来进行标记并加快对GC Roots的扫描。

卡表（Card Table）

基于卡表（Card Table）的设计，一般将堆空间划分为一系列2次幂大小的卡页（Card Page）。

卡表（Card Table），用于标记卡页的状态，每一个卡表项对应一个卡页。

HotSpot JVM的卡页（Card Page）大小为512字节，卡表（Card Table）被实现为一个简单的字节数组，即卡表的每一个标记项为1个字节。

当对一个对象引用进行写操做时（对象引用改变），写屏障逻辑将会标记对象所在的卡页为dirty。

OpenJDK/Oracle 1.6/1.7/1.8 JVM默认的卡标记简化逻辑以下：

CARD_TABLE [this address >> 9] = 0;
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首先，计算对象引用所在卡页的卡表索引号。将地址右移9位，至关于用地址除以512（2的9次方）。能够这么理解，假设卡表卡页的起始地址为0，那么卡表项0、一、2对应的卡页起始地址分别为0、5十二、1024（卡表项索引号乘以卡页512字节）。

其次，经过卡表索引号，设置对应卡标识为dirty。

带来的2个问题

1.无条件写屏障带来的性能开销

每次对引用的更新，不管是否更新了老年代对新生代对象的引用，都会进行一次写屏障操做。显然，这会增长一些额外的开销。可是，与YGC时扫描整个老年代相比较，这个开销就低得多了。

不过，在高并发环境下，写屏障又带来了虚共享（false sharing）问题。

2.高并发下虚共享带来的性能开销

在高并发状况下，频繁的写屏障很容易发生虚共享（false sharing），从而带来性能开销。

假设CPU缓存行大小为64字节，因为一个卡表项占1个字节，这意味着，64个卡表项将共享同一个缓存行。

HotSpot每一个卡页为512字节，那么一个缓存行将对应64个卡页一共64*512=32KB。

若是不一样线程对对象引用的更新操做，刚好位于同一个32KB区域内，这将致使同时更新卡表的同一个缓存行，从而形成缓存行的写回、无效化或者同步操做，间接影响程序性能。

一个简单的解决方案，就是不采用无条件的写屏障，而是先检查卡表标记，只有当该卡表项未被标记过才将其标记为dirty。

这就是JDK 7中引入的解决方法，引入了一个新的JVM参数-XX:+UseCondCardMark，在执行写屏障以前，先简单的作一下判断。若是卡页已被标识过，则再也不进行标识。

简单理解以下：

if (CARD_TABLE [this address >> 9] != 0)
  CARD_TABLE [this address >> 9] = 0;
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与原来的实现相比，只是简单的增长了一个判断操做。

虽然开启-XX:+UseCondCardMark以后多了一些判断开销，可是却能够避免在高并发状况下可能发生的并发写卡表问题。经过减小并发写操做，进而避免出现虚共享问题（false sharing）。

也用于CMS GC

CMS在并发标记阶段，应用线程和GC线程是并发执行的，所以可能产生新的对象或对象关系发生变化，例如：

• 新生代的对象晋升到老年代；
• 直接在老年代分配对象；
• 老年代对象的引用关系发生变动；
• 等等。

对于这些对象，须要从新标记以防止被遗漏。为了提升从新标记的效率，并发标记阶段会把这些发生变化的对象所在的Card标识为Dirty，这样后续阶段就只须要扫描这些Dirty Card的对象，从而避免扫描整个老年代。

来自：https://juejin.im/post/5c39920b6fb9a049e82bbf94