双/三色标记法的垃圾回收(GC)原理解析和缺陷解决方案（Go，Lua以及jvm的CMS和G1垃圾回收器中使用的回收算法）

标记-清除算法

go和lua虚拟机以及jvm的CMS和G1垃圾回收器的回收算法的思想均来自于标记-清除算法(Mark-Sweep)，它们的gc有重要的两部分：

1.从根节点遍历所有对象，如果可达到，则标记

2.遍历所有对象，如果没有标记，则destory对象

双色标记法

在lua5.1之前，lua采用的是二色标记法，

第一遍扫描对象，并标记扫描到的对象为黑色，第二遍时候将白色对象destory掉

这个过程没法中断，如果在gc的时候创建完新的对象，那么在最后destory清算的时候，这个白色对象显然是没法判断是无法到达的还是新创建出来的

于是为了防止创建的新的白色对象对gc过程产生干扰，干脆就让程序停下来，就不会产生干扰了，但是代价是程序停顿，影响主线程，显然这种方式和不适用了

于是后面有了更先进的三色标记法

三色标记法

在lua5.1之后和go语言以及jvm的CMS和G1垃圾回收器使用的是三色标记法

下面给出它的简易回收原理

三色：

白色：对象没有被垃圾回收器访问时候标记为白色

灰色：这个对象正处在被扫描，但是它所有引用都没访问完的时候被标记为灰色

黑色：当一个对象的所有引用都被扫描了以后的时候，这个对象被标记为黑色

标记过程：

1.从根集开始遍历

2.遍历到的白色对象push入栈并标黑，遍历到灰色和黑色对象则跳过

3.从栈中pop出一个灰色对象，标记为黑色，并将这个节点执行步骤2

4.栈空的时候，将白色对象都destory

实例解析：

当开始的时候，根节点为黑色，可见，B和D对象是不可达到的位置

从根节点遍历，遍历到C，将C标记为灰色，开始遍历C

遍历到E，将其变为灰色，开始遍历E，但是没有可遍历对象，就将其变为黑色

同理也将F变为黑色

C的所有节点遍历完成，将C变为黑色

当没有灰色对象的时候(当灰色对象栈清空的时候)，将白色对象destory

当这样就完成了gc

注意到和双色标记法不同的是，这次判断条件是当灰色对象没有的时候进行gc，那时候的白色对象就一定是可以安全回收的对象了

三色标记法的隐患

在扫描B的节点的时候，B节点变为灰色，当扫描B的其他节点时候

C在这时候引用变为A，那么B扫不上C，自己变黑，但是A已经不会再次扫描，C就被误当为“不可达节点”给destory掉，显然是不对的

这个问题的核心点有两个

1.灰色和白色断开
2.黑色和白色建立引用

为了解决上面的问题，在java的G1回收器和CMS垃圾回收器中分别从1和2两个方面入手给了两种解决方案：

G1的方法叫做原始快照(SATB)算法

原始快照是将灰色对象断开到白色对象的引用关系记录下来，扫描结束后根据记录以记录的灰色对象为根重新扫描一次

CMS的增量更新(Incremental Update)算法

增量更新是将黑色和白色建立引用的过程记录下来，根据这些记录以被记录的黑色对象为根重新扫描一次，用的是写屏障技术(write barrier)