Go 语言GC(垃圾回收)的工作原理

最常见的垃圾回收算法有标记清除(Mark-Sweep) 和引用计数(Reference Count)，Go 语言采用的是标记清除算法。并在此基础上使用了三色标记法和写屏障技术，提高了效率。

标记清除收集器是跟踪式垃圾收集器，其执行过程可以分成标记（Mark）和清除（Sweep）两个阶段：

1）标记阶段 — 从根对象出发查找并标记堆中所有存活的对象；
2）清除阶段 — 遍历堆中的全部对象，回收未被标记的垃圾对象并将回收的内存加入空闲链表。
标记清除算法的一大问题是在标记期间，需要暂停程序（Stop the world，STW），标记结束之后，用户程序才可以继续执行。为了能够异步执行，减少 STW 的时间，Go 语言采用了三色标记法。

三色标记算法将程序中的对象分成白色、黑色和灰色三类。

白色：不确定对象。
灰色：存活对象，子对象待处理。
黑色：存活对象。
标记开始时，所有对象加入白色集合（这一步需 STW ）。首先将根对象标记为灰色，加入灰色集合，垃圾搜集器取出一个灰色对象，将其标记为黑色，并将其指向的对象标记为灰色，加入灰色集合。重复这个过程，直到灰色集合为空为止，标记阶段结束。那么白色对象即可需要清理的对象，而黑色对象均为根可达的对象，不能被清理。

三色标记法因为多了一个白色的状态来存放不确定对象，所以后续的标记阶段可以并发地执行。当然并发执行的代价是可能会造成一些遗漏，因为那些早先被标记为黑色的对象可能目前已经是不可达的了。所以三色标记法是一个 false negative（假阴性）的算法。
三色标记法并发执行仍存在一个问题，即在 GC 过程中，对象指针发生了改变。比如下面的例子：
A (黑) -> B (灰) -> C (白) -> D (白)

正常情况下，D 对象最终会被标记为黑色，不应被回收。但在标记和用户程序并发执行过程中，用户程序删除了 C 对 D 的引用，而 A 获得了 D 的引用。标记继续进行，D 就没有机会被标记为黑色了（A 已经处理过，这一轮不会再被处理）。
A (黑) -> B (灰) -> C (白)
↓
D (白)

为了解决这个问题，Go 使用了内存屏障技术，它是在用户程序读取对象、创建新对象以及更新对象指针时执行的一段代码，类似于一个钩子。垃圾收集器使用了写屏障（Write Barrier）技术，当对象新增或更新时，会将其着色为灰色。这样即使与用户程序并发执行，对象的引用发生改变时，垃圾收集器也能正确处理了。

一次完整的 GC 分为四个阶段：

1）标记准备(Mark Setup，需 STW)，打开写屏障(Write Barrier)
2）使用三色标记法标记（Marking, 并发）
3）标记结束(Mark Termination，需 STW)，关闭写屏障。
4）清理(Sweeping, 并发)
参考 fullstack