GC 的前置工作：快速而準確的根枚舉是怎麼做到的？ ⚡

在開始標記前，主流運行時都會做一輪“整頓秩序”的前置工作，目標是：以極低停頓時間把 <span style="color:red;">GC 根（Roots）</span> 找全、找準。根通常來自：線程<span style="color:red;">寄存器</span>、各線程<span style="color:red;">棧幀</span>、全局/靜態區、線程本地存儲（TLS）、運行時句柄表（Handles）、以及原生接口持有的引用。

一、前置工作要點（抽絲剝繭）

1. 進入安全點：把線程帶到 <span style="color:red;">Safepoint/Handshake</span>，凍結可見狀態，確保棧幀一致。🚦
2. 固定指針版圖：JIT/解釋器提前生成 <span style="color:red;">OopMap/Stack Map/GC Info</span>，精確指出“哪幾個槽是指針”。
3. 刷寫屏障日誌：把<span style="color:red;">寫屏障</span>緩存沖刷到全局隊列，避免遺漏新寫入的交叉代/跨區引用。
4. 收攏分配緩存：封存各線程 <span style="color:red;">TLAB</span> 未用空間，防止“幽靈對象”溜進掃描集。
5. 處理原生臨界區：標記 <span style="color:red;">JNI/Pin</span> 區域，必要時保守處理，避免移動。
6. 選擇增量語義：按算法切換 <span style="color:red;">SATB</span>（快照起始）或 <span style="color:red;">增量更新</span> 策略，約束屏障行為。🧠

二、GC如何“快”速枚舉根（核心技巧）

• 精確而非保守：藉助 <span style="color:red;">Stack Map/OopMap</span>，只掃真正的指針槽，跳過純值槽；精確性減少無謂訪問。
• 寄存器快照：在安全點保存 <span style="color:red;">寄存器</span> 集合，直接當作根輸入隊列。
• 併發/增量棧掃描：將大部分棧掃描挪到併發階段（如“<span style="color:red;">stack watermark</span>”技術），把 STW 縮短到啓動和收尾兩個極短瞬間。
• 句柄表直取：運行時維護 <span style="color:red;">Handle</span> 區，根即表項，順序遍歷即可。
• 記憶集/卡表：用 <span style="color:red;">Card Table/Remembered Set</span> 快速定位“老指向新”等跨區引用，避免全堆掃描。🔧
• 分代/分區配合：先掃小而熱的集合（年輕代/活躍區），把冷大區域推遲併發處理，降低停頓峯值。

三、不同運行時的“根枚舉”實現差異（原理解釋表）

四、寫屏障與根枚舉的配合（微型示例+解釋）

偽代碼：寫屏障（“增量更新”風格）

void write_barrier(Object* base, Field* slot, Object* newv) {
    *slot = newv;                      // 1. 真正寫入
    if (isOld(base) && isYoung(newv))  // 2. 發現跨代
        card_table.mark(slot);         // 3. 標記卡表，供根枚舉/掃描使用
}

解釋：

• 第1行：完成用户態寫入，避免額外延遲。
• 第2行：僅當“老→新”跨代時才介入，減少開銷。
• 第3行：把該槽所在卡片標紅，之後 GC 只需枚舉這些卡片，而不是掃整片老年代。

偽代碼：依據 Stack Map 掃描棧根

for (Frame f : thread.stack()) {                // 1. 逐棧幀
    auto map = f.stackmap_at_safepoint();       // 2. 取精確指針位圖
    for (int i : map.pointer_slots()) {         // 3. 僅遍歷指針槽
        enqueue_root(*(Object**)f.slot(i));     // 4. 入根隊列
    }
}

解釋：

• 第1行：按調用棧順序遍歷，保證可重複性。
• 第2行：讀取安全點處的<span style="color:red;">指針位圖</span>，避免猜測。
• 第3行：只訪問被標註為“指針”的槽，跳過整數/浮點。
• 第4行：把找到的引用加入標記起點隊列，供併發標記線程消費。

五、極簡“工作流程”（從停到跑）

1. 觸發 GC → 2) 線程到 <span style="color:red;">Safepoint</span>，保存寄存器/棧指針 → 3) 封存 <span style="color:red;">TLAB</span>、刷屏障緩衝 → 4) 用 <span style="color:red;">OopMap/Stack Map</span> 精確枚舉根 + 卡表補充跨區根 → 5) 放開線程，併發繼續標記/清理。

一句話總結：快速根枚舉的關鍵在於把“不確定”變成“已知”。通過 <span style="color:red;">安全點</span> 保證一致性，用 <span style="color:red;">指針地圖</span> 精確定位，用 <span style="color:red;">寫屏障 + 記憶集</span> 限定增量變化，再輔以 <span style="color:red;">併發棧處理</span> 把重活移出停頓區間，GC 就能既“快”又“準”。✅