GC

GC（Garbage Collection、垃圾回收）是一种自动管理内存的方式，主要分为引用计数、标记清除、三色标记和分代收集四类。支持 GC 的语言无需手动管理内存，程序后台会自动判断对象是否存活并回收为其分配的内存空间，使开发人员从内存管理上解脱出来。

Go GC 发展史

Go GC 特征

三色标记、并发标记和清扫、非分代、非紧缩、混合写屏障。

GC 关心的是什么❓

• 程序吞吐量：回收算法会在多大程度上拖慢程序? 可以通过GC占用的CPU与其他CPU时间的百分比描述
• GC吞吐量：在8给定的CPU时间内, 回收器可以回收多少垃圾?
• 堆内存开销：回收器最少需要多少额外的内存开销?
• 停顿时间：回收器会造成多大的停顿?
• 停顿频率：回收器造成的停顿频率是怎样的?
• 停顿分布：停顿有时候很长, 有时候很短? 还是选择长一点但保持一致的停顿时间?
• 分配性能：新内存的分配是快, 慢还是无法预测?
• 压缩：当堆内存里还有小块碎片化的内存可用时, 回收器是否仍然抛出内存不足（OOM）的错误？如果不是, 那么你是否发现程序越来越慢, 并最终死掉, 尽管仍然还有足够的内存可用？
• 并发：回收器是如何利用多核机器的？
• 伸缩：当堆内存变大时, 回收器该如何工作？
• 调优：回收器的默认使用或在进行调优时, 它的配置有多复杂？
• 预热时间：回收算法是否会根据已发生的行为进行自我调节？如果是, 需要多长时间？
• 页释放：回收算法会把未使用的内存释放回给操作系统吗？如果会, 会在什么时候发生？

  什么是三色标记❓

1. 有黑、白、灰三个集合，初始状态下所有对象都为白色；
2. 从 root 对象开始，将所有可达（直接引用的）对象都标记为灰色；
3. 从灰色对象集中取出对象，将其所有可达对象标记为灰色后，将自身标记为黑色；
4. 重复第三步，知道灰色集合为空，即所有所有被 root 引用或间接引用的对象都标记为黑色；
5. 此时，白色集合中的所有对象都为不可达的垃圾，对内存进行迭代清扫，回收白色对象；
6. 重置 GC 状态

什么是写屏障❓

三色标记需要维护不变性条件：黑色对象不能引用无法被灰色对象可达的白色对象。在并发标记时如果没有正确性保障措施，可能会漏标记对象，导致实际上可达的对象被错误的清扫掉。为了解决这个问题，go 使用了写屏障。
写屏障是在写入指针前执行的一小段代码，用来防止并发标记时指针丢失，这段代码 Go 是在编译时加入的。

var obj1 *Object
var obj2 *Object
type Object struct {
    data interface{}
}
func (obj *Object) Demo(){
    // 初始化 
    obj1 = nil 
    obj2 = obj 
    // GC 垃圾回收开始工作 
    // 扫描对象 obj1
    // 对象重新赋值 
    obj1 = obj 
    obj2 = nil 
    //扫描对象 obj2 
}

GC 执行流程

GC的触发机制如下：

• gcTriggerHeap：在分配内存时，当前已分配内存与上次 GC 结束时存活对象的内存达到某个比例时，触发 GC；
• gcTriggerTime：由sysmon监测 2min 内是否执行过 GC，若没执行过，则执行 GC；
• gcTriggerAlways：runtime.GC( ) 强制触发 GC；

  1. 启动

  在未对象分配内存后，mallocgc函数会检查垃圾回收触发条件，并按相关状态启动。垃圾回收默认是全并发模式，GC goroutine一直循环执行，直到符合触发条件时被唤醒。

  // path: go sdk/src/runtime/malloc.go
  func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer

  2. 标记

1. 扫描，遍历相关内存区域，依次按照指针标记找出灰色可达对象，加入队列；

   // path: go sdk/src/runtime/mgcmark.go
   func markroot(gcw *gcWork, i uint32)
   func scanblock(b0, n0 uintptr, ptmark *uint8, gcw *gcWork)

2. 标记，将灰色对象从队列中取出，将其引用的对象标记为灰色，将自身标记为黑色；

   // path: go sdk/src/runtime/mgc.go
   func gcBgMarkStartworkers()

   3. 清理

   所有白色标记的对象为不可达对象，将其内存回收。

   并发清理本质上就是一个死循环，被唤醒后开始执行清理任务，完成内存回收操作后再次睡眠，知道下次执行任务。

// path: go sdk/src/runtime/mgcsweep.go
var sweep sweepdata
// 并发清理状态
type sweepdata struct {
    lock mutex
    g *g
    parked bool
    started bool
    nbgsweep uint32
    npausesweep uint32
}
func bgsweep(c chan int)
func sweepone() uintptr