Go的GC算法
我们先来看下Golang中的GC是怎么实现的：
作为一门自带垃圾回收机制的语言，Go中的GC采用了并发三色标记+混合写屏障机制实现了垃圾回收算法。
并发三色标记
Golang GC中用到的三色标记算法属于标记-清除算法的一种，由荷兰科学家Dijikstra提出，主要有以下几个要点：
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所有对象分为三种颜色：黑色、灰色、白色；
- 黑色对象表示，对象自身存活，并且其指向对象都已经标记完成；
- 灰色对象表示：对象自身存活，但是其指向对象还未标记完成；
- 白色对象表示：对象尚未被标记到，可能是垃圾对象；
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标记开始前，将根对象（全局对象、栈上的局部变量等）标记为黑色对象，将其所指向的对象标记为灰色对象
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标记规则是：从灰色对象出发，将其所指向的对象全部标记为灰色对象；该对象指向的所有对象标记为灰色对象以后，将当前的灰色对象标记为黑色对象；
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标记结束以后，白色对象就是不可达的垃圾对象，需要进行清扫；
注意：在go1.5版本以后，引入了并发垃圾回收机制，允许用户协程和后台的GC协程并发运行，这意味着在进行标记时，用户协程可能会对对象之间的引用关系进行调整，这会严重打乱GC三色标记时的标记秩序，可能会引发漏标和超标的问题
漏标问题
漏标问题指的是：在用户协程和后台GC协程并发执行的场景下，部分存活对象未被标记但是被误删的情况，这一问题产生过程如下:
- 条件：初始时刻，对象B持有对象C的引用
- 时刻1：GC协程下，对象A被扫描完成，标记为黑色，此时对象B是灰色，还未完成扫描；
- 时刻2：用户协程下，对象A建立对对象C的引用；
- 时刻3：用户协程下，对象B删除对对象C的引用；
- 时刻4：GC协程下，开始执行对对象B的扫描；
在上述场景中，由于GC协程在B删除对C的引用之后才开始扫描B，因此无法到达C，又因为A已经被标记为黑色，不会重复扫描，所以C会被当做垃圾回收掉。
但是事实上，C由于被用户协程下的A引用，应该是存活的，这就因为漏标问题导致对象被误删的情况。这种问题是无法被接受的，其导致的误删现象可能会导致程序出现致命错误。
超标问题
超标问题指的是：在用户协程和后台GC协程并发执行的场景下，部分垃圾对象被误标记导致GC未按时将其回收的问题，这一问题产生过程如下:
- 条件：初始时刻，对象A持有对象B的引用
- 时刻1：GC协程下，对象A被扫描完成，标记为黑色，对象B被对象A引用，标记为灰色；
- 时刻2：用户协程下，对象A删除对象B的引用；
上述场景中，事实上B被A删除引用以后，已经成为了垃圾对象，但是由于已经被标记为灰色，所以最终会被更新为黑色，不会被GC删除。
超标问题相比于漏标问题是相对可以接受的，其导致GC的回收精度下降，本应该被删除的对象可能会存活至下一轮GC，这部分对象才会被正确回收。
混合写屏障技术
为了解决并发标记算法中存在的漏标和超标问题，Go引入了写屏障技术。
漏标问题的本质是：一个已经扫描完成的黑色对象指向了一个被灰色/白色对象删除引用的白色对象。
一套用于解决漏标问题的方法论称为强弱三色不变式：
- 强三色不变式：白色对象不能被黑色对象直接引用；
- 弱三色不变式：白色对象可以被黑色对象引用，但是要保证从某个灰色对象出发仍然可达该白色对象；
屏障机制类似于一个回调保护机制，指的是在完成某个特定的动作之前，会先完成屏障成设置的内容。
插入写屏障的目标是实现强三色不变式，保证一个黑色对象指向一个白色对象之前，会先触发屏障将白色对象标记为灰色对象，然后再建立引用。
删除写屏障的目标是实现弱三色不变式，保证当一个白色对象即将被上游删除引用前，会触发屏障将其标记为灰色对象，之后再删除上游对其的引用。
虽然插入写屏障和删除写屏障两者择其一，即可解决GC的漏标问题。至于超标问题，可以采用容忍态度，放到下一轮GC中延后进行处理。
然而由于开启屏障技术需要进行STW（Stop The World）操作，导致应用程序暂停，会对服务性能造成很大影响，因此屏障机制无法应用于栈对象。
为了解决这个问题，Go在1.8版本引入了混合写屏障机制，集插入删除写屏障之长，要点如下：
- GC开始之前，以栈为单位分批扫描，将栈中所有对象标记为黑色对象；
- GC期间，栈上新创建的对象直接标记为黑色；
- 堆上的对象正常启用插入写屏障和删除写屏障；
混合写屏障，就不需要STW了吗？
虽然有了混合写屏障技术，但是Go语言的整个GC过程还是有两次STW，因为写屏障需要开启和关闭，在整个标记过程开始之前需要STW，用于开启写屏障，为标记做准备；在标记终止阶段同样需要短暂的STW来关闭写屏障。
| 阶段 | 描述 | 赋值器状态 |
|---|---|---|
| SweepTermination | 清除终止阶段，为下一个阶段的并发标记做准备工作，启动写屏障 | STW |
| Mark | 扫描标记阶段，与赋值器并发执行，写屏障开启 | 并发 |
| MarkTermination | 标记终止阶段，保证一个周期内标记任务完成，停止写屏障 | STW |
| GCoff | 内存清除阶段，将需要回收的内存归还到堆中，写屏障关闭状态 | 并发 |
| GCoff | 内存归还阶段，将需要回收的内存归还到操作系统中，写屏障关闭状态 | 并发 |
Go GC的触发时机
要尝试对GC进行优化，首先我们要知道GC会在哪些条件下被触发：
定时触发
Go会在程序启动的时候开启一个协程，异步每两分钟检查一次，发现距离上一次触发GC超过两分钟的时候，会强制触发一次GC；
对象分配触发
在分配对象的malloc方法中，如果满足以下两个条件之一，都会调用gcTrigger.test方法，发起一次触发GC的尝试：
- 需要初始化一个大小超过32KB的大对象；
- 待初始化对象在mcache中对应spanClass的mspan空间已经用完；
在gcTrigger.test方法中，针对gcTriggerHeap类型的触发时间，其校验条件是判断当前堆已使用的内存是否已经达到阈值。此处的堆内存阈值会在上一轮GC结束时进行设定。可以通过环境变量GOGC进行控制。
手动触发
通过调用runtime.GC()这个方法，可以阻塞式地等待当前GC运行完毕。
