聊聊ShenandoahGC的Brooks Pointers
序
本文主要研究一下ShenandoahGC的Brooks Pointers
Shenandoah
Shenandoah面向low-pause-time的垃圾收集器，它的GC cycle主要有
-
Snapshot-at-the-beginning concurrent mark
包括Init Mark(Pause)、Concurrent Mark、Final Mark(Pause) -
Concurrent evacuation(
這個階段用到了Brooks Pointers(object version change with additional atomically changed indirection)進行copy) -
Concurrent update references (optional)
包括Init update Refs(Pause)、Concurrent update Refs、Final update Refs(Pause)
其中Final Mark或者Final update Refs之後都可能進行Concurrent cleanup，進行垃圾回收，reclaims region
Brooks Pointers
G1 GC在evacuation階段是parallel的，但不是concurrent，ShenandoahGC為了做到concurrent copy使用了Brooks Pointers。
Rodney A. Brooks在<<Trading Data Space for Reduced Time and Code Space in Real-Time Garbage Collection on Stock Hardware>>這篇論文提出了一種使用forwarding pointer來做到concurrent copy的方案，該方案在所有物件的記憶體結構上新增一個forwarding pointer，它要麼指向物件自己，要麼指向在to-region的自己的拷貝
其要點如下：
- evacuation的第一步是拷貝from-region的物件到to-region
- evacuation的第二步使用CAS改變from-region的物件的forwarding pointer由自己變為指向to-region的拷貝物件
- evacuation的第三步就是遍歷heap，更新引用到to-region的拷貝物件
如果在evacuation期間，其他執行緒通過舊的引用訪問到了from-region的舊物件，它就需要根據舊物件的forwarding pointer找到to-region的拷貝物件；等所有舊物件的引用都更新完之後，後續就可以回收from-region的舊物件
示例程式碼
concurrent copy
class VersionUpdater<T, V> {
final AtomicReference<T> ref = ...;
void writeValue(V value) {
do {
T oldObj = ref.get();
T newObj = copy(oldObj);
newObj.set(value);
} while (!ref.compareAndSet(oldObj, newObj));
}
}
這裡使用do while迴圈，即先拷貝再進行CAS，如果CAS不成功則繼續嘗試拷貝和CAS
write barriers
stub Write(val, obj, offset) {
if (evac-in-progress && // in evacuation phase
in-collection-set(obj) && // target is in from-space
fwd-ptrs-to-self(obj)) { // no copy yet
val copy = copy(obj);
*(copy + offset) = val; // actual write
if (CAS(fwd-ptr-addr(obj), obj, copy)) {
return; // success!
}
}
obj = fwd-ptr(obj); // write to actual copy
*(obj + offset) = val; // actual write
}
在evacuation階段，對from-region的物件的寫操作會觸發該物件的evacuation操作(如果該物件在to-region還沒有copy的話
)
evacuation
stub evacuate(obj) {
if (in-collection-set(obj) && // target is in from-space
fwd-ptrs-to-self(obj)) { // no copy yet
copy = copy(obj);
CAS(fwd-ptr-addr(obj), obj, copy);
}
}
evacuate先判斷該物件是否在from-region且在to-region還沒有copy，如果滿足條件則進行拷貝，然後CAS修改舊物件的forwarding pointer指向拷貝物件
小結
object version change with additional atomically changed indirection