这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第5篇笔记
1、GoV1.3之前的标记-清除(markandsweep)算法
第一步，暂停程序业务逻辑,分类出可达和不可达的对象，然后做上标记。 第二步,开始标记，程序找出它所有可达的对象，并做上标记。 第三步,标记完了之后，然后开始清除未标记的对象.结果如下。
操作非常简单，但是有一点需要额外注意：markandsweep算法在执行的时候，需要程序暂停！即STW(stoptheworld)，STW的过程中，CPU不执行用户代码，全部用于垃圾回收，这个过程的影响很大，所以STW也是一些回收机制最大的难题和希望优化的点。所以在执行第三步的这段时间，程序会暂定停止任何工作，卡在那等待回收执行完毕。
第四步,停止暂停，让程序继续跑。然后循环重复这个过程，直到process程序生命周期结束。
2.GoV1.5的三色并发标记法 go采用三色标记法回收内存，程序开始创建的对象全部为白色，gc扫描后将可到达的对象标记为灰色，再从灰色对象中找到其引用的其他对象，将其标记为灰色，将自身标记为黑色，重复上述步骤，直到找不到灰色对象为止。最后对所有白色对象清除。
3.GoV1.8的混合写屏障(hybridwritebarrier)机制 强三色不变式 不存在黑色对象引用到白色对象的指针
弱三色不变式 所有被黑色对象引用的白色对象都处于灰色保护状态
插入写屏障：结束时需要STW来重新扫描栈，标记栈上引用的白色对象的存活；
删除写屏障：回收精度低，GC开始时STW扫描堆栈来记录初始快照，这个过程会保护开始时刻的所有存活对象。
规则: 1、GC开始将栈上的对象全部扫描并标记为黑色(之后不再进行第二次重复扫描，无需STW)， 2、GC期间，任何在栈上创建的新对象，均为黑色。 3、被删除的对象标记为灰色。 4、被添加的对象标记为灰色。
Golang中的混合写屏障满足弱三色不变式，结合了删除写屏障和插入写屏障的优点，只需要在开始时并发扫描各个goroutine的栈，使其变黑并一直保持，这个过程不需要STW，而标记结束后，因为栈在扫描后始终是黑色的，也无需再进行re-scan操作了，减少了STW的时间。
最常见的垃圾回收算法有标记清除(Mark-Sweep) 和引用计数(Reference Count)，Go 语言采用的是标记清除算法。并在此基础上使用了三色标记法和写屏障技术，提高了效率。
标记清除收集器是跟踪式垃圾收集器，其执行过程可以分成标记（Mark）和清除（Sweep）两个阶段：
- 标记阶段 — 从根对象出发查找并标记堆中所有存活的对象；
- 清除阶段 — 遍历堆中的全部对象，回收未被标记的垃圾对象并将回收的内存加入空闲链表。
标记清除算法的一大问题是在标记期间，需要暂停程序（Stop the world，STW），标记结束之后，用户程序才可以继续执行。为了能够异步执行，减少 STW 的时间，Go 语言采用了三色标记法。
三色标记算法将程序中的对象分成白色、黑色和灰色三类。
- 白色：不确定对象。
- 灰色：存活对象，子对象待处理。
- 黑色：存活对象。
标记开始时，所有对象加入白色集合（这一步需 STW ）。首先将根对象标记为灰色，加入灰色集合，垃圾搜集器取出一个灰色对象，将其标记为黑色，并将其指向的对象标记为灰色，加入灰色集合。重复这个过程，直到灰色集合为空为止，标记阶段结束。那么白色对象即可需要清理的对象，而黑色对象均为根可达的对象，不能被清理。
三色标记法因为多了一个白色的状态来存放不确定对象，所以后续的标记阶段可以并发地执行。当然并发执行的代价是可能会造成一些遗漏，因为那些早先被标记为黑色的对象可能目前已经是不可达的了。所以三色标记法是一个 false negative（假阴性）的算法。
三色标记法并发执行仍存在一个问题，即在 GC 过程中，对象指针发生了改变。比如下面的例子：
A (黑) -> B (灰) -> C (白) -> D (白)
正常情况下，D 对象最终会被标记为黑色，不应被回收。但在标记和用户程序并发执行过程中，用户程序删除了 C 对 D 的引用，而 A 获得了 D 的引用。标记继续进行，D 就没有机会被标记为黑色了（A 已经处理过，这一轮不会再被处理）。
A (黑) -> B (灰) -> C (白)
↓
D (白)
为了解决这个问题，Go 使用了内存屏障技术，它是在用户程序读取对象、创建新对象以及更新对象指针时执行的一段代码，类似于一个钩子。垃圾收集器使用了写屏障（Write Barrier）技术，当对象新增或更新时，会将其着色为灰色。这样即使与用户程序并发执行，对象的引用发生改变时，垃圾收集器也能正确处理了。
一次完整的 GC 分为四个阶段：
- 1）标记准备(Mark Setup，需 STW)，打开写屏障(Write Barrier)
- 2）使用三色标记法标记（Marking, 并发）
- 3）标记结束(Mark Termination，需 STW)，关闭写屏障。
- 4）清理(Sweeping, 并发)
总结 GoV1.3-普通标记清除法，整体过程需要启动STW，效率极低。
GoV1.5-三色标记法，堆空间启动写屏障，栈空间不启动，全部扫描之后，需要重新扫描一次栈(需要STW)，效率普通
GoV1.8-混合写屏障，混合写屏障机制，栈空间不启动，堆空间启动。整个过程几乎不需要STW，效率较高。
