Card Table

카드 테이블은 Heap을 작은 Card 단위로 잘라서 기록해 둔 배열로

Write Barrier 중에서도 Generation GC의 핵심 구성 요소다.

각 카드는 보통 512~1024 바이트 정도의 힙 영역을 나타낸다.

jvm은 힙을 아래처럼 나눈다.

[card0][card1][card2][card3] ... [cardN]

그리고 이 카드들의 상태를 저장하는 별도 배열이 바로 Card Table 이다.

Card Table은 다음처럼 생겼다.

byte cardTable[N];

카드 한개를 표시하는 용도로 byte를 하나씩 쓰는것이다.

Generation GC 에서는 young gc에서 young의 지역만 스캔하고 싶고 old gen 지역은 매번 스캔하고 싶지가 않다.

하지만 문제가 있는데 만약 old객체가 young을 참조하고 있다면?

oldObj -> youngObj

youngGC시 youngObj는 root, oldObj 둘 다 reachable하다.

하지만 young gc는 old gen의 전체를 스캔하지 않는다.

즉, oldObj의 필드를 훑지 않기 때문에 YoungObj를 놓쳐버릴 수도 있다. (old가 들고있는데 수집시켜버림)

해결: old 객체에서 young 객체로 연결되는 포인터를 반드시 알아야한다 이를 old -> young cross-generation refernece라고 한다.

문제는 old는 너무 크다. 그래서 그걸 전부 스캔하려면 gc 비용이 폭발해 heap의 작은 단위만으로 dirty로 표시햇거 빠르게 찾는 방식을 사용한다.

이게 카드 테이블의 목적이다.

카드 테이블 하는일 #

카드 테이블 안에는 다음 정보를 기록한다

이 카드 범위 안에서 old -> young 객체 참조가 변경되었다.

참조가 변경되면 jvm은 write barrier를 통해 카드 테이블에서 해당 카드의 값을 Dirty 상태로 표시한다.

Dirty 값은 통상적으로 0/1 혹은 특정 byte값이다

참조 쓰기 발생시에 카드테이블은 아래처럼 업데이트 되는데

oldObj.child = youngObj;

이때 jvm write barrier는

1. oldObj가 속한 힙 주소 -> 해당 카드 번호 계산
2. cardTable[cardIndex] = DIRTY로 설정

카드 테이블의 pseudo-code는 아래다

function write_barrier(obj, field, newValue):
    obj.field = newValue

    if obj is in OldGen AND newValue is in YoungGen:
        cardIndex = (obj.address - heapStart) / cardSize
        cardTable[cardIndex] = 1   # dirty

young gc가 실행될 때 카드 테이블이 어떻게 쓰이는가.

minor gc 루트 스캔 과정.

1. root scan(thread stack, global roots)
2. card table 스캔
   1. dirty marked 카드들만 읽음
   2. 그 카드 범위 안에서 old -> young인 참조가 있을 수 잇으므로 스캔
3. young 객체 마크
4. survivor/eden 작업

이렇게되면 old gen 전체를 검사하지 않고도 old -> young 참조를 정확히 추적 가능해진다.

이것은 young gc 성능애 핵심이다.

|----Card0----|----Card1----|----Card2----|----Card3----|
   [OldObjs]     [OldObjs]     [Young]       [Old]

[cardTable = [0, 1, 0, 0]]

여기서 card1이 dirty라면 young gc 또는 card1 범위만 스캔하고 나머지는 무시한다.

card0의 oldobj는 탐색안한다는 뜻. 올드를 안건듬

vs SATB Write Barrier #

요약하면

• 카드 테이블은 힙을 카드 단위로 나눈 후 각 카드 상태를 기록한 배열
• old gen -> young gen을 가르키는 참조가 생기면 더티로 표시함
• young gc시 dirty 카드만 스캔해서 old -> young 참조를 확인 가능
• 이로써 old gen 전체를 매번 스캔하지 않고 빠르게 young gc 가능
• 카드 테이블 업데이트는 write barrier 자동 처리