G1-Card Table和Remember Set

约定不等于承诺〃 2021-06-10 20:40 269阅读 0赞

**这两个数据结构是专门用来处理Old区到Young区的引用。**

**Young区到Old区的引用则不需要单独处理**，因为Young区中的对象本身变化比较大，没必要浪费空间去记录下来。

*  RSet：全称Remembered Sets, 用来记录外部指向本Region的所有引用，每个Region维护一个RSet。
 *  Card: JVM将内存划分成了固定大小的Card。这里可以类比物理内存上page的概念。

下图展示的是`RSet`与`Card`的关系。每个`Region`被分成了多个`Card`，其中绿色部分的`Card`表示该`Card`中有对象引用了其他`Card`中的对象，这种引用关系用蓝色实线表示。`RSet`其实是一个HashTable，Key是Region的起始地址，Value是`Card Table` （字节数组）,字节数组下标表示`Card`的空间地址，当该地址空间被引用的时候会被标记为`dirty_card`。

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### RSet ###

每个Region初始化时，会初始化一个remembered set（已记忆集合），这个翻译有点拗口，以下简称RSet，该集合用来记录并跟踪其它Region指向该Region中对象的引用，每个Region默认按照512Kb划分成多个Card，所以RSet需要记录的东西应该是 xx Region的 xx Card。

Region1和Region3中有对象引用了Region2的对象，则在Region2的Rset中记录了这些引用。

RSet实现过程

为了维护这些RSet，如果每次给引用类型的字段赋值都要更新RSet，这带来的额外开销实在太大，G1中采用post-write barrier和concurrent refinement threads实现了RSet的更新。

1.  `//假设对象young和old分别在不同的Region中`
2.  `Object young = new Object();`
3.  `old.p = young;`

java层面给old对象的p字段赋值young对象之后，jvm底层会执行oop\_store方法，实现位于`oop.inline.hpp`类中。

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在赋值动作的前后，JVM插入一个pre-write barrier和post-write barrier，其中post-write barrier的最终动作如下：

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1.  找到该字段所在的位置(Card)，并设置为dirty\_card
2.  如果当前是应用线程，每个Java线程有一个dirty card queue，把该card插入队列
3.  除了每个线程自带的dirty card queue，还有一个全局共享的queue

赋值动作到此结束，接下来的RSet更新操作交由多个ConcurrentG1RefineThread并发完成，每当全局队列集合超过一定阈值后，ConcurrentG1RefineThread会取出若干个队列，遍历每个队列中记录的card，并进行处理，位于`G1RemSet::refine_card`方法，大概实现逻辑如下：  
1、根据card的地址，计算出card所在的Region  
2、如果Region不存在，或者Region是Young区，或者该Region在回收集合中，则不进行处理  
3、最终使用闭合函数`G1UpdateRSOrPushRefOopClosure::do_oop_nv()`的处理该card中的对象

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其中\_from是持有引用的对象所在的Region，to是引用对象所在的Region，通过add\_reference方法加入到RSet中，更细节的实现在`OtherRegionsTable::add_reference`方法中，有兴趣的同学可以继续研究，比如RSet的存储结构。

### RSet有什么好处？ ###

进行垃圾回收时，如果Region1有根对象A引用了Region2的对象B，显然对象B是活的，如果没有Rset，就需要扫描整个Region1或者其它Region，才能确定对象B是活跃的，有了Rset可以避免对整个堆进行扫描。

### RSet有什么风险？ ###

通过对RSet实现过程的研究，我们得知应用线程只负责把更新字段所在的Card插入到dirty card queue中，然后由后台线程refinement threads负责RSet的更新操作，如果应用线程插入速度过快，refinement threads来不及处理，那么应用线程将接管RSet更新的任务，这是必须要避免的。

refinement threads线程数量可以通过`-XX:G1ConcRefinementThreads`或`-XX:ParallelGCThreads`参数设置

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