三色标记算法是可达性分析算法的一种实现方案，其目的是为了找出所有可达对象。可以减少 JVM 在 GC 过程中的 STW 时长，三色标记算法是 CMS、G1等垃圾收集器中主要使用的标记算法。

三色标记算法把对象分为三种状态：白色、灰色和黑色。

• 白色：该对象没有被标记过。

• 灰色：该对象已经被标记过了，但该对象的引用对象还没标记完。

• 黑色：该对象已经被标记过了，并且它的全部引用对象也都标记完了。

标记过程

三色标记算法的标记过程分为三个阶段：初始标记、并发标记、重新标记。

初始标记：遍历所有的根对象，将根对象和根对象直接引用的对象标记为灰色，只会扫描一层，不会往下继续扫描。这个阶段中垃圾回收器不会扫描整个堆，需要 STW。

并发标记：从灰色对象开始遍历整个对象图，将灰色对象引用的对象标记为灰色，并将上一步标记的灰色对象标记为黑色。并发标记阶段应用程序线程可能会修改对象图，因此垃圾回收器利用写屏障保证并发标记的正确性。不需要 STW，但最耗时。

重新标记：标记在并发标记阶段中被修改的对象以及未被遍历到的对象，垃圾回收器从灰色对象重新开始遍历对象图，将灰色对象引用的对象标记为灰色，并将已经遍历过的对象标记为黑色。需要 STW。

并发清除：在重新标记阶段结束后，垃圾回收器执行清除操作，将所有未被标记的对象标记为白色，对它们进行回收。

三色标记做到了和应用线程并发执行，大大降低了 GC 的停顿时长。

三色标记法可能会存在多标和漏标的问题。

可能存在的问题

三色标记算法可能会存在多标和漏标的问题。

多标

多标是指对象原本是应该被回收掉的白色对象，被错误的标记成了黑色的存活对象，从而导致这个对象没有被 GC 回收掉。（多标了黑色对象）

一般发生在并发标记阶段，该对象是有引用的，但在过程中应用程序把该对象的引用关系删除，导致该对象成为垃圾对象。

多标会产生浮动垃圾，但一般不需要解决，等待下一次 GC 就能回收掉。

漏标

和多标相反，漏标是指一个对象本来应该是黑色存活对象，但被错误标记成了白色对象，导致该对象被垃圾回收。（漏标了黑色对象）

如上图所示，一个灰色对象引用了白色对象，在还没扫描到白色对象的时候，灰色对象取消了对白色对象的引用，黑色对象引用了这个白色对象，由于黑色对象被认为是已经标记了所有的引用对象，所以不会扫描这个新引用的白色对象，导致直到最终扫描结束白色对象还是白色，最终被清除。而实际上白色对象已经被引用了，是不能清除的。

针对漏标问题，在 CMS 和 G1 的解决方案不一样：

• CMS：增量更新方案。

• G1：原始快照方案。

漏标问题发生必须同时满足这两个条件：

• 至少有一个黑色对象在自己被标记之后指向了这个白色对象；

• 所有灰色对象在自己引用扫描完成之前删除了对白色对象的引用。

增量更新破坏了第一个条件，原始快照破坏了第二个条件。

增量更新

增量更新就是实时记录变化，确保每一次变化都会被重新检查，是 CMS 针对漏标问题的解决方案。

如果有黑色对象在自己标记后，又重新指向了白色对象，那么就把这个黑色对象的引用记录下来，在重新标记阶段再以这个黑色对象为根，对其引用进行重新扫描。这样黑色对象引用的白色对象就会变成灰色，从而变为存活状态。

原始快照

原始快照就是基于 GC 开始时的状态做决策，忽略之后的变化，是 G1 针对漏标问题的解决方案。

如果灰色对象在扫描完成前删除了对白色对象的引用，那么就在灰色对象取消引用之前，先将灰色对象引用的白色对象记录下来。在重新标记阶段再以这些白色对象为根，对它的引用进行扫描。