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南通，简称“通”，别称静海、崇州、崇川、紫琅，古称通州，江苏省地级市，长江三角洲中心区27城之一 [1]  ，国务院批复确定的中国长三角北翼经济中心、现代化港口城市 [2]  。地处中国华东地区、江苏东南部，东抵黄海、南濒长江 [5]  ，是扬子江城市群的重要组成部分、上海大都市圈北翼门户城市、中国首批对外开放的14个沿海城市之一 [6]  ，集“黄金海岸”与“黄金水道”优势于一身，拥有长江岸线226千米，“据江海之会、扼南北之喉 [7]  ”，被誉为“北上海”。截至2020年12月，南通市辖3个区、1个县、代管3个县级市，总面积8001平方千米。 [4]  2020年，南通市实现地区生产总值10036.3亿元。 [243] 

南通是国家历史文化名城，自后周显德三年（956年）建城至今已有一千多年历史。在中国近代文化科教史上，南通创办第一所师范学校、第一座民间博物苑、第一所纺织学校、第一所刺绣学校、第一所戏剧学校、第一所中国人办的盲哑学校和第一所气象站等“七个第一”，被称为“中国近代第一城”。 [8] 

南通是“精神文明南通现象”的发源地 [9-10]  ，是中国、江苏省重大精神文明先进典型最多的地区之一 [9]  ，连续五次被评为全国文明城市 [242]  ，并先后入选国家智慧城市试点 [11]  、宽带中国示范城市 [12]  。

截至2014年，南通人口平均预期寿命达80.71岁，百岁寿星多达1031位。 [13]  2014年5月，南通被国际自然医学会、世界长寿乡认证委员会授予全球首个“世界长寿之都”。 [14-15]  2018年10月，获评首届健康中国年度标志城市。 [16]  2018年中国百强城市排行榜中，位列22位。 [17]

为了防止在根扫描的过程中根被修改，在这个过程中 mutator 是暂停执行的。虽然 G1GC 中采用的写屏障技术可以获知对象的修改，但是大多数根并不是对象，它们的修改并不能被写屏障获知，因此在进行根扫描时必须暂停 mutator 的执行。

根需要频繁修改，所以其中大部分不在写屏障可以获知的范围内。也许 G1GC 的设计者认为，与其频繁地通过写屏障去获知修改的方式，还不如直接暂停 mutator 来进行根扫描的方式性能更佳。

如果一个对象本身被标记了，但其子对象并没有被扫描，我们就称它为未扫描对象。图 2.3 使用灰色表示未扫描对象。虽然图中该对象已在根扫描中被标记，但其子对象还没有被扫描到，所以是未扫描对象（灰色）。也就是说，对象 C 持有子对象 A 和 E，但是因为根扫描不会扫描子对象，所以对象 C 作为未扫描对象被表示为灰色。未扫描对象 C 的处理会在后面 2.5 节中讲解。

完成根扫描后，mutator 会再次开启执行，GC 处理也会进入下一阶段。

专栏　读屏障

有一种和写屏障相对应的技术，叫作读屏障。写屏障用来获知对象的修改，而读屏障用来获知引用的读取。

读屏障有多种实现方式，例如可以在寄存器调取内存的时候触发读屏障。

读屏障可以获知所有的引用读取，因此也能获知根的变更，所以如果使用读屏障，就不需要在根扫描时暂停 mutator 了。

这样看来读屏障似乎很完美，但实际上它有一个致命的缺点——慢。对所有的引用读取行为都进行处理，其实对系统来说是很大的负担。因此人们几乎不会使用读屏障。

2.5　步骤②——并发标记阶段

在并发标记阶段，GC 线程继续扫描在初始标记阶段被标记过的对象，完成对大部分存活对象的标记。为什么说是大部分对象而不是全部对象呢？这个会在 2.6 节中解释。

图 2.4 表示的是并发标记阶段结束后区域的状态。对象 C 的子对象 A 和 E 都被标记了。像 E 这样，一个对象对应了标记位图中多个位的情况，只有起始的标记位（mark bit）会被涂成黑色。

图 2.4　并发标记阶段结束后区域的状态

对象 C 的子对象 A 和 E 被涂成了黑色。在并发标记执行期间新创建的对象 J 和 K 也在区域内被分配了空间。对象 J 和 K 也被涂成了黑色，因此会被 GC 当成存活对象。

并发标记阶段的一个重要特点是 GC 线程和 mutator 是并发执行的。因为 mutator 在执行过程中可能会改变对象之间的引用关系，所以如果只采用一般的标记方法，可能会发生“标记遗漏”2。因此，必须使用写屏障技术来记录对象间引用关系的变化。针对这种情况，G1GC 中所采用的写屏障将在 2.5.1 节中介绍。并发标记阶段也会标记和扫描被写屏障获知变化的对象。

2详情请参考“GC 书”算法篇中的 8.1.4 节。

处理完待标记对象之后，就会进入最终标记阶段。

2.5.1　SATB

SATB（Snapshot At The Beginning，初始快照）是一种将并发标记阶段开始时对象间的引用关系，以逻辑快照的形式进行保存的手段 3。在 SATB 中，标记过程中新生成的对象会被看作“已完成扫描和标记”，因此其子对象不会被标记。图 2.4 中 nextTAMS 和 top 之间的对象 J 和 K 就是在标记过程中新生成的对象。因为它们的引用关系在标记开始时并不存在，所以它们都会被当成存活对象。因此，也不必专门为标记过程中新生成的对象创建标记位图。这样我们就明白为什么图 2.4 中对象 J 和 K 没有对应的标记位图了。

3详情请参考“GC 书”算法篇中的 8.4 节。

另外，如果在并发标记的过程中对象的域上发生了写操作，就必须以某种方式记录下被改写之前的引用关系。G1GC 通过对汤浅的算法 4 稍加优化而得到的写屏障技术，实现了这个功能。因为优化后的写屏障是用于 SATB 的，因此我们称之为 SATB 专用写屏障。SATB 专用写屏障的伪代码如代码清单 2.1 所示。

4汤浅的算法：由汤浅太一于 1990 年开发的算法。这种算法是以 GC 开始时对象间的引用关系为基础来执行 GC 的。详情请参考“GC 书”算法篇中的 8.4 节。——编者注

代码清单 2.1　satb_write_barrier() 函数

1: def satb_write_barrier(field, newobj):2:   if $gc_phase == GC_CONCURRENT_MARK:3:     oldobj = *field4:     if oldobj != Null:5:       enqueue($current_thread.stab_local_queue, oldobj)6:7:     *field = newobj复制代码

参数 field 表示被写入对象的域，参数 newobj 表示被写入域的值。第 2 行的 GC_CONCURRENT_MARK 用来表示并发标记阶段的标志位（flag）。第 4 行会检查当前是否处于并发标记阶段且被写入之前 field 域的值是不是 Null。如果检查通过，则在第 5 行将 oldobj 添加到 $current_thread.stab_local_queue 中。然后，在第 7 行进行实际的写入操作。

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