Go内存原理(五)-GC原理

前几章我们学习了Golang内存管理的基本原理(还不清楚内存管理的童鞋请移步看内存管理系列)。现在我们来看GC的基本原理是什么?

一、GC

GC(Garbage Collection)提供自动内存管理机制，自动释放回收不使用的内存对象，防止内存泄漏

GC的算法随着go语言版本的更新而不断变化

goV1.3之前标记-清除(mark and sweep)算法

goV1.5三色标记法

goV1.8三色标记法+混合写屏障法

我们将对以上算法进行原理剖析

触发GC的条件：

1）主动触发，用户代码中调用 runtime.GC 会主动触发 GC 2）默认每 2min 未产生 GC 时，golang 的守护协程 sysmon 会强制触发 GC 3）当 go 程序分配的内存增长超过阈值时，会触发 GC

二、标记-清除(mark-and-sweep)(v1.3)

1、介绍

从名字看就会有2个步骤，标记和清除

1) 暂停程序运行(STW) 对可达的对象进行标记 2) 清除未标记的对象 3）停止暂停，程序继续

引入STW(stop the world)是为了防止在标记过程中又发生了对象的引用，导致清除了正在使用的对象

2、优缺点

1）优点：简单 2）缺点：STW暂停程序，程序出现卡顿；标记需要扫描整个heap; 清除数据会产生碎片

三、三色标记(v1.5)

1、介绍

在标记-清除方法上增加了中间状态：黑色-灰色-白色以减少STW的时间

黑色：已标记的对象，表示对象是跟对象的可达的

灰色：被黑色引用的对象，灰色为标记过程的中间状态，当灰色对象全部标记为黑色表示标记阶段全部完成

白色：未标记对象，在开始扫描时全部对象均为白色，若扫描完成后该节点还是白色，说明该对象不可达，在清除阶段会被清除

最后，只有2中颜色，白色被清除，黑色被保留

过程

1）开始时所有对象为白色 2）将所有根对象标记为灰色，放入队列 3）遍历灰色对象，将其标记为黑色，并将他们引用的对象标记为灰色，放入队列 4）重复步骤 3 持续遍历灰色对象，直至队列为空 5）此时只剩下黑色对象和白色对象，白色对象即为下一步需要清除的对象

根对象指的是运行当前时刻的栈以及全局数据区域

在三色标记中，减少了STW的时间。我们知道在三色标记中，增加了中间状态-灰色状态，这可以允许标记与用户代码并行执行，这里是怎么做到的呢，是因为三色标记加入了写屏障机制

写屏障机制：黑色对象的内存槽有两种位置, 栈和堆. 栈空间的特点是容量小,但是要求相应速度快,因为函数调用弹出频繁使用, 所以“写屏障”机制,在栈空间的对象操作中不使用. 而仅仅使用在堆空间对象的操作中。写屏障简单来说也就是对于已标记的黑色对象（堆）由于并发特性添加了新对象(白色)，此时会触发写屏障，也就是会将添加的新对象标记为灰色，继续进行标记，最后标记完成后，刚刚标记的灰色也会变为黑色。这是对于堆而言。

若对于栈中已标记的黑色对象由于并发特性添加了新对象(白色)。在所有的标记完成之后，可能对于栈上还会存在白色对象被引用的情况，这个时候需要STW重新扫描栈，标记栈上引用的白色对象为灰色，继续扫描标记为黑色。这次STW大约的时间在10~100ms间