V8 Write Barrier

在垃圾回收（Garbage Collection, GC）中，write barrier（写屏障） 是一种机制，用于在程序运行时，监控和记录堆内存中对象引用的变化，以便垃圾回收器能够正确地管理内存。它是一个非常重要的优化技术，尤其是在现代垃圾回收器中，比如 V8 引擎的 GC。

写屏障的作用

写屏障的主要作用是在对象引用发生变化时，通知垃圾回收器，从而使垃圾回收器能够高效地完成以下任务：

1. 支持分代垃圾回收（Generational GC）

在分代垃圾回收中，堆被分为两代：

  • 新生代（Young Generation）：存放生命周期较短的对象。
  • 老年代（Old Generation）：存放生命周期较长的对象。

分代垃圾回收的一个关键点是记录老年代对象对新生代对象的引用，因为垃圾回收器在回收新生代时，只扫描新生代对象和这些老年代到新生代的引用，而不扫描整个老年代。

写屏障的作用在于：

  • 当老年代对象的某个字段指向了一个新生代对象时，写屏障会记录这个引用关系，通常通过一个记忆集（Remembered Set）来存储。
  • 这样，垃圾回收器在回收新生代时，可以只扫描这些老年代到新生代的引用，而不需要扫描整个老年代，提升了性能。

2. 防止增量/并发标记阶段的黑白指针问题

在增量标记或并发标记阶段（Incremental/Concurrent Marking），垃圾回收器和程序（mutator）是并发运行的。标记阶段将堆中的对象分为三种颜色：

  • 白色（White）：尚未访问的对象，可能会被回收。
  • 灰色（Gray）：已访问但未处理其引用的对象。
  • 黑色（Black）：已访问且处理了其引用的对象。

写屏障的作用在于防止黑色对象指向白色对象的情况发生：

  • 如果一个黑色对象（已标记为存活）在程序运行时新增了一个指向白色对象的引用，而 GC 没有记录这个变化，那么白色对象可能会被错误地回收。
  • 写屏障会在这种情况下通知 GC，并将白色对象重新标记为灰色对象，从而确保垃圾回收的正确性。

3. 支持对象迁移（Evacuation）中的引用更新

在某些垃圾回收算法（比如压缩收集或对象迁移）中，GC 会将对象从一个内存区域复制到另一个区域（例如将对象从新生代晋升到老年代，或在内存压缩时移动对象）。

写屏障的作用在于：

  • 当一个对象被移动后，其引用可能需要更新。
  • 写屏障会记录这些引用关系，确保 GC 能够正确更新所有相关的指针。

总结

写屏障是一个非常重要的机制，其核心作用是在堆内存中对象引用发生变化时，通知垃圾回收器，从而支持以下功能：

  1. 记录老年代到新生代的引用，以支持分代垃圾回收。
  2. 防止增量/并发标记阶段的黑白指针问题，确保垃圾回收的正确性。
  3. 记录对象迁移中的引用变化，以支持对象移动和内存压缩。

通过写屏障，垃圾回收器可以在程序运行时高效地管理内存，同时避免扫描整个堆，显著提升了垃圾回收的性能和正确性。