Go内存管理——垃圾回收｜ 青训营笔记

自动内存管理有3个主要的核心任务：

1. 为新对象分配空间
2. 找到存活对象
3. 回收死亡对象的内存空间

GC 工作机制

两种常见的GC相关的技术：

• 追踪垃圾回收(Tracing garbage collection)
• 引用计数(Reference counting)

追踪垃圾回收算法垃圾回收步骤：

1. 标记根对象

   • 标记包括 静态变量、全局变量、常量、线程栈等

2. 标记：找到可达对象

   • 求指针指向关系的传递闭包：从根对象触发，找到所有可达对象

3. 清理：所有不可达对象

   • 将存活对象复制到另外的内存空间(Copying GC)
   • 将死亡对象的内存标记为”可分配“(Marking-sweep GC)
   • 移动并整理存活对象(Mark-compact GC)

清理策略有很多种，在实际清理的时候应该根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略。

标记-清扫算法 (mark-sweep)

标记清除算法是最常见的垃圾收集算法，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)，算法流程如下：

1. 标记阶段：暂停应用程序的执行，从根对象触发查找并标记堆中所有存活的对象；
2. 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，恢复应用程序的执行；

三色标记算法

原始标记清除算法带来的长时间STW, 为了解决这一问题，Go从V1.5版本实现了基于三色标记清除的并发垃圾收集算法，在不暂停程序的情况下即可完成对象的可达性分析，三色标记算法将程序中的对象分成白色、黑色和灰色三类，算法流程如下：

1. 遍历根对象的第一层可达对象标记为灰色, 不可达默认白色。
2. 将灰色对象的下一层可达对象标记为灰色, 自身标记为黑色。
3. 多次重复步骤2, 直到灰色对象为0, 只剩下白色对象和黑色对象。
4. 回收白色对象。

混合写屏障

插入写屏障和删除写屏障的虽然大大的缩短的系统 GC 的 STW 时间，但是也有其短板：

1. 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；
2. 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。

Go V1.8 版本引入了混合写屏障机制（hybrid write barrier），避免了对栈re-scan的过程，极大的减少了STW的时间。

具体操作:

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。