java - Shenandoah 2.0 消除转发指针

Question

在 Shenandoah 1.0 中，每个对象都有一个额外的 header - 称为 forwarding pointer。为什么需要它？导致它在 Shenandoah 2.0 中被淘汰的原因是什么？

Answer 1

首先，每个单独的 java 对象都有两个 header :klass 和 mark。它们永远存在于每个实例中(例如，它们可以稍微改变 JVM 处理 their flags internally 与最近的 JVM 的方式)并出于各种原因使用(将在答案中进一步详细介绍其中一个) ).

转发指针 的需要在 the second part of this answer 中。 . Shenandoah 1.0 中的 read barrier 和 write barrier 都需要 forwarding pointer(虽然 read 可以跳过某些字段类型的障碍 - 不会详细介绍)。简而言之，它极大地简化了并发复制。如该回答所述，它允许以原子方式将转发指针切换到对象的新副本，然后同时更新所有引用以指向该新对象。

在 Shenandoah 2.0 中，事情发生了一些变化，其中“to-space invariant”就位:意味着所有的写入和读取都是通过 to-space 完成的.这意味着一件有趣的事情:一旦建立了to-space副本，就永远不会使用from-copy。想象一下这样的情况:

    refA            refB
      |               |
fwdPointer1 ---- fwdPointer2        
                      |
  ---------       ---------  
  | i = 0 |       | i = 0 | 
  | j = 0 |       | j = 0 | 
  ---------       ---------

在 Shenandoah 1.0 中，有些情况下通过 refA 进行阅读可以绕过障碍(根本不使用它)并且仍然 通过from-copy 读取。这对于 final 字段是允许的，例如(通过特殊标志)。这意味着即使 to-space 副本已经存在并且已经有对它的引用，仍然可以读取(通过 refA)将转到 from-space 副本。在 Shenandoah 2.0 中，这是被禁止的。

此信息的使用方式非常有趣。 Java 中的每个对象都对齐到 64 位——这意味着最后 3 位总是为零。因此，他们放弃了 forwarding pointer 并表示:如果 mark 字的最后两位是 11(这是允许的，因为没有其他以这种方式使用它)-> 这是一个 转发指针，否则 to-space 副本还存在并且这是一个普通 header 。你可以see it in action right here你可以追踪掩蔽 here和 here .

它曾经是这样的:

| -------------------|
| forwarding Pointer |
| -------------------|

| -------------------|
|        mark        |
| -------------------|

| -------------------|
|        class       |
| -------------------|

并且已经转变为:

| -------------------|
| mark or forwarding |     // depending on the last two bits
| -------------------|

| -------------------|
|        class       |
| -------------------|

所以这是一个可能的场景(为简单起见，我将跳过 class header):

  refA, refB            
       |               
      mark   (last two bits are 00)   
       |              
    ---------   
    | i = 0 |      
    | j = 0 |      
    ---------  

GC 开始。refA/refB 引用的对象是 Activity 的，因此必须撤离(据说在“集合集中”)。首先创建一个副本，并以原子方式 mark 引用该副本(最后两位标记为 11 现在使其成为 forwardee 而不是 mark word):

  refA, refB            
       |               
     mark (11) ------  mark (00)   
                           |
    ---------          ---------
    | i = 0 |          | i = 0 |
    | j = 0 |          | j = 0 |
    ---------          ---------

现在其中一个 mark word 有一个位模式(以 11 结尾)表明它是一个 forwardee 而不是标记单词了。

       refA              refB            
         |                 |               
     mark (11) ------  mark (00)   
                           |
    ---------          ---------
    | i = 0 |          | i = 0 |
    | j = 0 |          | j = 0 |
    ---------          ---------

refB 可以并发移动，所以 refA 最终没有对 from-space 对象的引用，它是垃圾。如果需要，这就是 mark word 作为 forwarding pointer 的方式。