Runtime

Golang Runtime是Go语言运行所需要的基础设施，主要有以下功能：

1. 协程调度，内存分配，GC
2. 操作系统及CPU相关的操作的封装 (信号处理、系统调用、寄存器操作、原子操作等)，CGO
3. pprof，trace，race检测的支持
4. map，channel，string等内置类型及反射的实现

   垃圾回收 GC

   垃圾回收是一种自动内存管理的机制，当程序向操作系统申请的内存使用完毕后，来及回收机制将其回收并供其他代码进行内存申请时复用，或将其归还给操作系统。
   GC的作用提现在两个方面：

• 程序员可以更多地关注代码本身，而无需对内存进行手动的申请和释放操作
• GC仅在程序需要进行特殊优化的时候才会现身，是一种自动触发机制

  Golang的垃圾回收机制

  Go语言的GC目前使用的是无分代（对象没有代际之分）、不整理（回收过程中不对对象进行移动与整理）、并发（与用户代码并发执行）的三色标记清扫算法。Go语言的GC发展历程如下：

三色标记法

三色标记法是对标记-清扫算法的改进，主要是针对标记阶段进行改进：

1. 起初所有对象都是白色
2. 从根节点出发扫描所有可达对象，标记为灰色，放入待处理队列
3. 从队列取出灰色对象，将其引用对象标记为灰色放入队列，自身标记为黑色
4. 重复3，直到灰色队列为空，此时白色对象即为垃圾，进行回收

并发标记清除

三色标记法在扫描之前要执行STW (Stop The World)在扫描完成后要进行STW (Start The World)，即在扫描的过程中，所有线程要被暂时冻结，保证被扫描的对象状态不发生改变，STW时间过长的话，会影响GC性能。
Golang的GC和用户代码是并发执行的，这就带来了一个问题，由于用户代码的执行，可能会使得在GC扫描和标记两个阶段之间，某个结点的引用状态发生了改变，很可能将一个实际存活的节点被标记为白色而被误清除，或者某个已经死亡的节点被误标记为存活状态而造成内存泄漏，为了解决这个问题，Go语言引入了写屏障的概念

写屏障、混合写屏障

• 写屏障

写屏障的主要功能就是：在每一轮GC开始时初始化一个“写屏障”，用于保存第一次扫描时各对象的状态，再下一次扫描时，各个对象的状态与上一次扫描的状态进行对比，将引用状态变化的对象标记为灰色，以防其丢失，然后继续处理剩下的对象。写屏障的引入，是为了保证各对象的三色不变性。

• 混合写屏障

为了保证三色状态稳定性，主要是需要避免如下两个情况的出现

1. 避免黑色对象引用白色对象 —— 使用Dijkstra插入屏障解决
2. 避免灰色对象到达白色对象的路引用路径被破坏 —— 使用Yuasa删除屏障解决

Go语言1.8的时候为了简化GC流程，同时减少标记终止阶段的重扫成本，将Dijkstra插入屏障和Yuasa删除屏障进行混合，形成了混合写屏障。
混合写屏障的基本思想是：对正在被覆盖着色的队形进行着色，且如果当前栈未扫描完成，则同样对指针进行着色。

Go语言中的GC流程

当前版本的Go语言以STW为界限，将GC分为五个阶段：

1. 清扫终止阶段 Sweep Termination

为下一个阶段的并发标记做准备，启动写屏障

1. 扫描标记阶段 Mark

与赋值器并发执行，写屏障开启

1. 标记终止阶段 Mark Termination

保证一个周期内标记任务完成，停止写屏障

1. 内存清扫阶段 GCoff

将需要回收的内存归还到堆中，写屏障关闭

1. 内存归还阶段 GCoff

将过多的内存归还给操作系统，写屏障关闭

有了GC为什么还会出现内存泄漏？

这里的内存泄漏是指：预期的能很快被释放的内存，由于附着在了长期存活的内存上，或生命周期意外地被延长，导致预计能够立即回收的内存长时间得不到回收。
可能出现的情况如下：

内存未按预期得到快速释放

某个变量不经意间被附着在一个全局对象上

goroutine泄漏

goroutine上会需要消耗一定的内存空间来保存上下文信息以及一些变量信息，当一个goroutine长时间不被结束时，可能造成内存泄漏：

func keepalloc() {
    for i:=0;i<10000;i++{
        go func(){
            select{}
        }
    }
}

参考

Go Runtime浅析
GC的认识
Golang 垃圾回收剖析
搞懂Go垃圾回收