golang GC垃圾回收原理

一、go语言中的GC

go语言GC机制经过多年的迭代最终性能良好。

一个概念：
STW：stop the word，指程序执行过程中，中断暂停程序逻辑，专门去进行垃圾回收。

二、标记清除法

把根数据段上的数据作为root，基于他们进行进一步的追踪，追踪到的数据就进行标记，最后把没有标记的对象当作垃圾进行释放。

1. 开启STW，
2. 从根节点出发，标记所有可达对象
3. 停止STW，然后回收所有未标记的对象。

三、三色标记法

用 白灰黑三色

1. 初始时，所有对象都为白色
2. GC开始，开启SWT，遍历堆栈root，将直接可达的对象标记为灰色
3. 遍历灰色结点,将直接可达的对象标记为灰色，自身标记为黑色
4. 继续执行第三步同样的步骤，直到所有能够访问到的结点都被标记为黑色
5. 关闭SWT，回收所有白色标记的对象。

注意: 如果没有SWT，程序正常执行，可能会有如下的情况，导致对象被误当作垃圾回收。

白色对象本来被一个灰色对象引用，但是该灰色对象将该引用赋给了黑色对象，灰对白的引用断开。此时，由于不会对黑色对象的引用进行检测标记，即该白色节点即使被引用也无法被标记为灰色，最终当作垃圾处理掉。

三色标记法出现对象丢失，要满足以下两个条件：

• 条件一：白色对象被黑色对象引用
• 条件二：灰色对象与白色对象之间的可达关系遭到破坏

只要破坏两个中的任何一个不会导致对象丢失的发生。

如何破坏两个条件

• 强不变式： 不允许黑色对象引用白色对象
• 弱不变式： 黑色对象可以引用白色对象，但是白色对象必须直接或间接被灰色对象引用。（保证白色对象一定会被扫描到）

go对上述规则的两种实现机制

插入写屏障
当一个A对象引用另外一个B对象时，将A对象标记为灰色。(就会再次被扫描)

插入屏障仅会在堆内存中生效，不对栈内存空间生效，这是因为go在并发运行时，大部分的操作都发生在栈上，函数调用会非常频繁。数十万goroutine的栈都进行屏障保护自然会有性能问题。

如果一个栈对象 黑色引用白色对象，白色对象依然会被当作垃圾回收。
因此，最后还需要对栈内存 进行STW，重新rescan，确保所有引用的被引用的栈对象都不会被回收。

删除写屏障
当一个白色对象被另外一个对象时解除引用时，将该被引用对象标记为灰色（白色对象被保护）

缺点：产生内存冗余，如果上述该白色对象没有被别的对象引用，相当于还是垃圾，但是这一轮垃圾回收并没有处理掉他。

四、混合写屏障法

1. GC刚开始的时候，会将栈上的可达对象全部标记为黑色。

2. GC期间，任何在栈上新创建的对象，均为黑色。将栈上的可达对象全部标黑，最后无需对栈进行STW，就可以保证栈上的对象不会丢失

3. 堆上被删除的对象标记为灰色

4. 堆上新添加的对象标记为灰色

五、总结

go 1.3 之前采用标记清除法，需要STW
go 1.5 采用三色标记法，插入写屏障机制（只在堆内存中生效），最后仍需对栈内存进行STW
go 1.8 采用混合写屏障机制，屏障限制只在堆内存中生效。避免了最后节点对栈进行STW的问题，提升了GC效率