这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 8 天
本次笔记将记录go的垃圾回收机制以及内存管理机制
自动内存管理（垃圾回收）
动态内存
程序在运行时根据需求动态分配的内存：ma11oc()
自动内存管理(垃圾回收)
由程序语言的运行时系统管理动态内存
· 避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑
· 保证内存使用的正确性和安全性：double-free problem,use-after--free problem
自动内存管理的三个任务：
- 为新对象分配空间
- 找到存活对象
- 回收死亡对象的内存空间
几个概念
Mutator : 业务线程，分配新对象，修改对象指向关系
Collector : GC线程，找到存活对象，回收死亡对象的内存空间
Serial GC : 只有一个collector
Parallel GC : 支持多个collectors同时回收的GC算法
Concurrent GC : mutator(s)和collector(s)可以同时执行
评价GC算法：
安全性(Safety) : 不能回收存活的对象基本要求
吞吐率(Throughput) : 1-GC时间程序执行/总时间程序执行总时间GC时间，gc时间越小越好
暂停时间(Pause time:stop the world(STW) : 业务是否感知，暂停时间越小越好
内存开销(Space overhead) : GC元数据开销，开销越小越好
一、追踪垃圾回收
1、追踪垃圾回收及清理的三个机制（怎么清理）
追踪垃圾回收的几个概念
对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象。
首先标记根对象：静态变量、全局变量、常量、线程栈等；
然后从根对象出发，找到所有可达对象并标记；
最后清理不可达的“死亡”对象。
垃圾清理机制一：Copying GC
将存活对象复制到另外的内存空间
将已标记的对象copy到一个新的内存空间，随后gc将原来的所有内存清理掉
垃圾清理机制二：Mark-sweep GC
将死亡对象的内存标记为“可分配”
标记的存活对象不动，将不可达的“死亡”对象变为可分配状态
垃圾清理机制三：Mark-compact GO
移动并整理存活对象
将标记的存活对象移动刀内存起始位置，并清理掉后面的内存
2、垃圾回收策略：Generational GC（什么时候用什么方法清理）
Generational GC中译为分代GC
顾名思义，分代GC就是指将内存里的对象分成两代：年轻代、老年代。不同年龄的对象处于堆的不同区域
年轻代：由于存活对象很少，可以采用copying collection GC，吞吐率很高
老年代：象趋向于一直活着，采用copying collection GC反复复制开销较大，可以采用mark-sweep collection
二、Reference counting(引用计数)
每个对象都有一个与之关联的引用数目。
对象存活的条件：当且仅当引用数大于0。
如上图，某对象被几个箭头所指，其计数就为几，清除所有计数为0的对象，计数是实时更新的。
优点：
·内存管理的操作被平难到程序执行过程中
·内存管理不需要了解runtime的实现细节
缺点:
·维护引用计数的开销较大：通过原子操作保证对引用计数操作的原子性和可见性
·无法回收环形数据结构一weak reference
·内存开销：每个对象都引入的额外内存空间存储引用数目
·回收内存时依然可能弱引发暂停
内存管理机制及字节的优化
Go内存分配——分块
- 在哪分配：在heap上给对象分配内存
- 如何分配：提前将内存分块（从大到小），系统调用mmap()向OS申请一大块内存，例如4MB。再将内存划分成多个大块，例如多个8KB，每个称作mspan。每个mspan再继续划分成特定大小的小块，用于按需对象的分配分块 如下图所示
Go内存分配——缓存
如上图
- TCMalloc：thread caching
- 每个p包含一个mcache用于快速分配，用于为绑定于p上的g分配对象
- mcache管理一组mspan
- 当mcache中的mspan分配完毕，向mcentral申请带有未分配块的mspan
- 当mspan中没有分配的对象，mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻释放并归还给OS
内存管理的优化
对于高并发的Go语言来说：
- 对象分配是非常高频的操作：每秒分配GB级别的内存
- 空间较小的对象占比比较高
- Go内存分配比较耗时：1、分配路径长：g -> m -> p -> mcache -> mspan -> memory block -> return pointer。 2、pprof：对象分配的函数是最频繁调用的函数之一
Balanced GC
每个g都绑定一大块内存（1KB），称作goroutine allocation buffer(GAB)
GAB用于noscan类型的小对象分配：< 128B（设定的默认值）
使用三个指针维护GAB：base基地址, end结束地址, top当前地址
下图将阐释GAB的结构
从结构来说，GAB对于Go内存来说是一个大对象
GAB本质：将多个小对象的分配合并成一次大对象的分配
问题：如果GAB结构中只有一个小对象存活，那会使得GAB的对象分配方式会导致内存被延迟释放
解决问题的方案：
采用copying GC的思想，当GAB总大小超过一定阈值时，
将GAB中存活的对象复制到另外分配的GAB中，
然后释放原先的GAB
