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[1. 初始标记（Initial Mark，STW）](#1. 初始标记（Initial Mark，STW）)
[2. 并发标记（Concurrent Mark，非 STW）](#2. 并发标记（Concurrent Mark，非 STW）)
[3. 重新标记（Remark，STW）](#3. 重新标记（Remark，STW）)
[4. 清除 / 整理（Sweep/Compact，可选 STW）](#4. 清除 / 整理（Sweep/Compact，可选 STW）)
[1. 增量更新（Incremental Update）](#1. 增量更新（Incremental Update）)
[2. 原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）](#2. 原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）)
前言
在JVM的垃圾回收机制中，准确识别哪些对象是垃圾（即不再被引用的对象）是核心任务之一，通常采用根可达性分析算法。
传统的垃圾回收算法如标记-清除（Mark-Sweep）、标记-整理（Mark-Compact）等在标记阶段通常会产生STW（Stop The World）方式，这会导致应用程序出现明显的停顿。为了减少这种停顿时间，JVM引入了三色标记算法，它是现代垃圾回收器（如CMS、G1、ZGC等）的核心算法之一。
一、什么是三色标记算法？
三色标记算法是一种追踪式垃圾回收（GC） 中用于标记存活对象的经典算法，其核心是通过给对象标记三种颜色（白色、灰色、黑色）来区分对象在回收过程中的状态，从而高效地识别可达对象（存活）和不可达对象（垃圾）。该算法的优势在于支持并发标记（即标记过程中应用程序可继续运行），能显著减少 GC 停顿时间。它被广泛应用于现代 GC 收集器（如 Java 的 G1、ZGC、Shenandoah，Go 的 GC 等）。
二、核心概念：三种颜色的含义
三色标记通过 "颜色" 划分对象的可达性状态，三种颜色的定义如下：
- 白色：未被标记的对象。初始状态下所有对象都是白色，若最终仍为白色，则被判定为 "垃圾"（不可达），会被回收。
- 灰色 ：自身已被标记为 "可达"，但它所引用的子对象尚未完全标记（即还需继续处理其引用关系）。灰色对象是标记过程的 "中间状态"，相当于 GC 的 "待处理队列"。
- 黑色 ：自身已被标记为 "可达"，且它所有直接引用的子对象都已完成标记（即该对象的引用链已处理完毕）。黑色对象是 "安全的"，不会被误回收。
三、标记过程（核心步骤）
三色标记的目标是通过遍历对象引用链，将所有 "可达对象" 标记为黑色（或灰色，最终转为黑色），未标记的白色对象即为垃圾。过程可分为以下阶段：
1. 初始标记（Initial Mark，STW）
- 目的 ：标记 "根对象"（Roots）直接引用的对象。
根对象是 GC 的起点，包括：栈帧中的局部变量、静态变量、常量池、JNI 引用等。 - 操作 ：
- 暂停用户线程（STW），避免根对象引用关系被动态修改。
- 遍历根对象，将其直接引用的对象标记为灰色（根对象本身若为对象，也会被标记）。
- 特点：仅处理根对象的直接引用，耗时极短（通常毫秒级）。
2. 并发标记（Concurrent Mark，非 STW）
- 目的：从灰色对象出发，递归标记所有可达对象，逐步将灰色对象转为黑色。
- 操作 ：
- 恢复用户线程运行（与 GC 线程并发执行）。
- GC 线程从 "灰色对象队列" 中取出对象，遍历其所有直接引用的子对象：
- 若子对象是白色，将其标记为灰色（加入灰色队列）。
- 当该对象的所有子对象都处理完毕后，将自身标记为黑色（移出灰色队列）。
- 关键问题 ：并发标记时，用户线程可能修改对象引用关系（如删除引用、新增引用），导致 "标记不一致"，可能出现两种错误：
- 漏标：一个可达对象被误判为白色（垃圾），导致被回收（严重错误）。
- 错标：一个不可达对象被误判为黑色（可达），导致暂时不回收（轻微错误，下次 GC 可修正）。
3. 重新标记（Remark，STW）
- 目的：修正并发标记阶段因用户线程修改引用导致的标记错误（主要解决漏标）。
- 操作 ：
- 再次暂停用户线程（STW）。
- 处理并发标记期间记录的 "引用变更日志"（通过 "写屏障" 记录，见下文），重新标记被遗漏的可达对象（将其从白色转为灰色或黑色）。
- 特点：耗时比初始标记长，但远短于全量 STW（因只需处理变更的引用）。
4. 清除 / 整理（Sweep/Compact，可选 STW）
- 目的：回收白色对象（垃圾），并整理存活对象（减少内存碎片）。
- 操作 ：
- 清除：直接回收所有白色对象的内存。
- 整理：将黑色对象（存活对象）移动到连续的内存区域（如 G1 的 Region 整理）。
- 特点：部分收集器（如 ZGC）可通过 "指针碰撞" 等技术实现并发整理，进一步减少 STW。
四、并发标记的核心问题：如何避免漏标？
漏标是最严重的错误（会导致有用对象被回收），其根源是：并发标记时，一个黑色对象新增了对白色对象的引用，而该白色对象未被任何灰色对象引用（导致白色对象无法被标记）。
为解决漏标，现代 GC 引入写屏障（Write Barrier） 技术，在用户线程修改对象引用时触发特定逻辑，记录引用变更。主流方案有两种：
1. 增量更新（Incremental Update）
- 核心思想：当 "黑色对象" 新增对 "白色对象" 的引用时，将该黑色对象 "降级" 为灰色，确保后续 GC 线程会重新处理它的引用（包括新增的白色对象）。
- 举例 ：
黑色对象 A 原本引用 B（已标记），用户线程让 A 新增引用白色对象 C。此时通过写屏障将 A 重新标记为灰色，GC 线程后续会再次处理 A，发现 C 并标记为灰色。 - 应用：Java 的 CMS 收集器。
2. 原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）
- 核心思想：在并发标记开始时，记录所有 "可达对象" 的快照。当 "灰色对象" 删除对 "白色对象" 的引用时，通过写屏障保留该引用（记录被删除的白色对象），确保其在本次 GC 中被标记为可达。
- 举例 ：
灰色对象 A 原本引用白色对象 C，用户线程删除 A→C 的引用。此时写屏障记录 C，GC 线程仍会将 C 标记为灰色（因它曾被可达对象引用）。 - 优势：减少重新标记的工作量；应用：Java 的 G1 收集器。
五、三色标记的优势
- 减少 STW 时间：仅初始标记和重新标记需要短暂 STW，并发标记阶段用户线程可正常运行，适合对响应时间敏感的应用（如 Web 服务）。
- 高效追踪可达性：通过灰色对象作为 "中间状态"，避免了两色标记（黑白）在并发时的标记混乱问题。
- 适配多种回收策略：可结合标记 - 清除、标记 - 整理等策略，灵活应对不同内存场景。
总结
三色标记是现代并发 GC 的基础，通过白、灰、黑三色划分对象状态，配合初始标记、并发标记、重新标记三个阶段，在减少 STW 的同时高效识别垃圾。其核心挑战是解决并发标记时的漏标问题，通过写屏障（增量更新、SATB）实现准确标记，最终平衡 GC 效率与系统响应性。好了，今天依旧是深蹲不写BUG，我们一起努力！！！