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标题--名为forwarding pointer。为什么需要这样做?导致在Shenandoah 2.0中消除它的原因是什么？

Answer 1

首先，每个java对象都有两个头：klass和mark。它们一直存在于每个实例中(例如，它们可以稍微改变JVM使用最近JVM处理他们的旗帜在内部的方式)，并且由于各种原因而被使用(在回答中只会详细介绍其中的一个)。

对forwarding pointer的需求实际上是在答案的第二部分中。forwarding pointer在read barrier和write barrier中都是需要的(尽管读取可能会跳过某些字段类型的障碍-不会详细说明)。简单地说，它非常简化了并发复制。如前所述，它允许原子地将forwarding pointer切换到对象的新副本，然后并发更新所有引用以指向该新对象。

在Shenandoah 2.0中，"to-space不变量“的位置发生了一些变化:意味着所有的写入和读取都是通过to-space.This完成的，这意味着一件有趣的事情:一旦to-space副本建立，from-copy就永远不会被使用。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阅读可以绕过屏障(根本不用)，并且仍然可以通过from-copy读取。例如，final字段允许这样做(通过特殊标志)。这意味着，即使to-space副本已经存在，并且已经存在对它的引用，仍然可以读取(通过refA)到from-space副本。在Shenandoah 2.0中，这是禁止的。

这些信息是以一种相当有趣的方式使用的。Java中的每个对象都与64位对齐--这意味着最后3位始终为零。因此，他们删除了forwarding pointer，并说:如果mark单词的最后两位是11 (这是允许的，因为没有其他人以这种方式使用它)，那么这是一个forwarding pointer，否则to-space副本仍然存在，这是一个普通的头。您可以在这里看到它的行动，也可以跟踪掩蔽这里和这里。

它以前是这样的：

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

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

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

并已转变为：

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

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

因此，这里有一个可能的场景(为了简单起见，我将跳过class header )：

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

GC踢了进去。refA/refB引用的对象是活动的，因此必须退出(据说在“集合集”中)。首先，创建一个副本，原子化地将mark用于引用该副本(最后两个位标记为11，现在将其标记为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)，它指示它是一个远期词，不再是一个标记词。

       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。如果需要的话，这就是mark word作为forwarding pointer的作用方式。