Go垃圾回收GC詳解-魔扣目錄

Go的三色標記GC

引用計數(shù)：對每個對象維護一個引用計數(shù)，當引用該對象的對象被銷毀時，引用計數(shù)減1，當引用計數(shù)器為0是回收該對象。
優(yōu)點：對象可以很快的被回收，不會出現(xiàn)內(nèi)存耗盡或達到某個閥值時才回收。
缺點：不能很好的處理循環(huán)引用，而且實時維護引用計數(shù)，有也一定的代價。
代表語言：Python、php、Swift
標記-清除：從根變量開始遍歷所有引用的對象，引用的對象標記為"被引用"，沒有被標記的進行回收。
優(yōu)點：解決了引用計數(shù)的缺點。
缺點：需要STW，即要暫時停掉程序運行。
代表語言：Golang(其采用三色標記法)
分代收集：按照對象生命周期長短劃分不同的代空間，生命周期長的放入老年代，而短的放入新生代，不同代有不能的回收算法和回收頻率。
優(yōu)點：回收性能好
缺點：算法復(fù)雜
代表語言： JAVA,python

root

首先標記root根對象，根對象的子對象也是存活的。

根對象包括：全局變量，各個G stack上的變量等。

標記

在之前的Go語言——內(nèi)存管理一文中，分析過span是內(nèi)存管理的最小單位，所以猜測gc的粒度也是span。

type mspan struct {

// allocBits and gcmarkBits hold pointers to a span's mark and

// allocation bits. The pointers are 8 byte aligned.

// There are three arenas where this data is held.

// free: Dirty arenas that are no longer accessed

// and can be reused.

// next: Holds information to be used in the next GC cycle.

// current: Information being used during this GC cycle.

// previous: Information being used during the last GC cycle.

// A new GC cycle starts with the call to finishsweep_m.

// finishsweep_m moves the previous arena to the free arena,

// the current arena to the previous arena, and

// the next arena to the current arena.

// The next arena is populated as the spans request

// memory to hold gcmarkBits for the next GC cycle as well

// as allocBits for newly allocated spans.

//

// The pointer arithmetic is done "by hand" instead of using

// arrays to avoid bounds checks along critical performance

// paths.

// The sweep will free the old allocBits and set allocBits to the

// gcmarkBits. The gcmarkBits are replaced with a fresh zeroed

// out memory.

allocBits *gcBits

gcmarkBits *gcBits

}

bitmap

如圖所示，通過gcmarkBits位圖標記span的塊是否被引用。對應(yīng)內(nèi)存分配中的bitmap區(qū)。

三色標記

灰色：對象已被標記，但這個對象包含的子對象未標記
黑色：對象已被標記，且這個對象包含的子對象也已標記，gcmarkBits對應(yīng)的位為1（該對象不會在本次GC中被清理）
白色：對象未被標記，gcmarkBits對應(yīng)的位為0（該對象將會在本次GC中被清理）

例如，當前內(nèi)存中有A~F一共6個對象，根對象a,b本身為棧上分配的局部變量，根對象a、b分別引用了對象A、B, 而B對象又引用了對象D，則GC開始前各對象的狀態(tài)如下圖所示:

初始狀態(tài)下所有對象都是白色的。
接著開始掃描根對象a、b; 由于根對象引用了對象A、B,那么A、B變?yōu)榛疑珜ο螅酉聛砭烷_始分析灰色對象，分析A時，A沒有引用其他對象很快就轉(zhuǎn)入黑色，B引用了D，則B轉(zhuǎn)入黑色的同時還需要將D轉(zhuǎn)為灰色，進行接下來的分析。
灰色對象只有D，由于D沒有引用其他對象，所以D轉(zhuǎn)入黑色。標記過程結(jié)束
最終，黑色的對象會被保留下來，白色對象會被回收掉。

STW

stop the world是gc的最大性能問題，對于gc而言，需要停止所有的內(nèi)存變化，即停止所有的goroutine，等待gc結(jié)束之后才恢復(fù)。

觸發(fā)

閾值：默認內(nèi)存擴大一倍，啟動gc
定期：默認2min觸發(fā)一次gc，src/runtime/proc.go:forcegcperiod
手動：runtime.gc()

go gc

go gc

GO的GC是并行GC, 也就是GC的大部分處理和普通的go代碼是同時運行的, 這讓GO的GC流程比較復(fù)雜.

Stack scan：Collect pointers from globals and goroutine stacks。收集根對象（全局變量，和G stack），開啟寫屏障。全局變量、開啟寫屏障需要STW，G stack只需要停止該G就好，時間比較少。
Mark: Mark objects and follow pointers。標記所有根對象, 和根對象可以到達的所有對象不被回收。
Mark Termination: Rescan globals/changed stack, finish mark。重新掃描全局變量，和上一輪改變的stack（寫屏障），完成標記工作。這個過程需要STW。
Sweep: 按標記結(jié)果清掃span

目前整個GC流程會進行兩次STW(Stop The World), 第一次是Stack scan階段, 第二次是Mark Termination階段.