第十八：GC 垃圾回收

2.1 三色标记#

• 灰色：对象已被标记，但这个对象包含的子对象未标记
• 黑色：对象已被标记，且这个对象包含的子对象也已标记，gcmarkBits对应的位为1（该对象不会在本次GC中被清理）
• 白色：对象未被标记，gcmarkBits对应的位为0（该对象将会在本次GC中被清理）

算法的改进版，称为三色标记-清除（Tri-color Mark-and-Sweep）算法。下面是一些关于Go语言垃圾回收机制的关键点

1. 三色标记-清除算法

三色标记算法将对象分为三种颜色：

• 白色：潜在的垃圾。

• 黑色：活跃的，可达的，且已被标记。

• 灰色：活跃的，可达的，但其引用可能尚未全部被检查。

垃圾回收器从根对象（如全局变量和活跃的栈帧中的变量）开始，将它们标记为灰色。然后，它遍历这些根对象，将它们引用的对象标记为灰色或黑色，直到没有更多的灰色对象为止。在这个过程中，所有可达的对象都被标记为黑色，而白色对象则被视为垃圾并回收。

2. 垃圾回收触发

Go的垃圾回收是自动触发的，主要通过以下几种方式：

• 堆大小阈值：当堆内存使用达到一定阈值时触发。

• 时间间隔：定期触发，例如每2分钟或每5分钟进行一次垃圾回收。

• 显式调用：开发者可以通过runtime.GC()函数强制触发垃圾回收。

3. 垃圾回收暂停（STW, Stop-The-World）

在垃圾回收过程中，为了防止程序执行与垃圾回收冲突的操作，Go的垃圾回收器会暂停整个程序（STW）。这意味着在垃圾回收期间，所有的goroutine都会被阻塞，直到垃圾回收完成。STW的目的是为了确保在垃圾回收过程中数据的一致性。

4. 性能优化

为了减少STW对程序的影响，Go团队引入了并发标记（Concurrent Marking）和写屏障（Write Barriers）技术。这些技术允许垃圾回收器在大部分时间并行运行，只在少数几个关键阶段短暂地暂停程序。例如：

• 写屏障：在更新对象引用时插入额外的检查，以帮助垃圾回收器正确地标记可达对象。

• 辅助goroutine：在标记阶段，使用辅助goroutine来并行处理工作负载。

5. 监控和调优

Go提供了runtime/debug包中的ReadGCStats函数，允许开发者读取垃圾回收的相关统计信息，如最近的GC暂停时间、堆大小等。这有助于开发者了解GC的性能并做出相应的调优。