go GC（垃圾回收）

什么是GC

GC
堆内存上分配的数据对象，不会再使用时，不会自动释放内存，就变成垃圾，在程序的运行过程中，如果不能及时清理，会导致越来越多的内存空间被浪费，导致系统性能下降。

因此需要内存回收，内存回收分为两种方式

1.手动释放占用的内存空间

可能会出现的问题：
悬挂指针： 释放的早了，后续对数据的访问就会出错，因为对应的内存空间可能已经清空，重新分配，甚至是归还给操作系统了。
内存泄漏： 如果忘了释放，一直占用内存，导致内存泄漏。

2.自动内存回收

开发人员无需手动管理释放已经分配但是没有引用的对象内存，而由程序自动检测对象决定是否要回收其内存。

系统如何检测哪些应该是被回收的数据对象呢？
**核心思想：**程序中用得到的数据，一定是可以从栈或数据段这些根节点追踪得到的数据，追踪不到的数据，肯定用不到，也就是垃圾。

go语言中的GC

go语言GC机制经过多年的迭代最终性能良好。

一个概念：
STW：stop the word，指程序执行过程中，中断暂停程序逻辑，专门去进行垃圾回收。

标记清除法

把根数据段上的数据作为root，基于他们进行进一步的追踪，追踪到的数据就进行标记，最后把没有标记的对象当作垃圾进行释放。

• 开启STW，
• 从根节点出发，标记所有可达对象
• 停止STW，然后回收所有未标记的对象。

三色标记法

白灰黑

• 初始时，所有对象都为白色，
• GC开始，开启SWT，遍历堆栈root，将直接可达的对象标记为灰色，
• 遍历灰色结点,将直接可达的对象标记为灰色，自身标记为黑色，
• 继续执行第三步同样的步骤，直到所有能够访问到的结点都被标记为黑色，
• 关闭SWT，回收所有白色标记的对象。

如果没有SWT，程序正常执行，可能会有如下的情况，导致对象被误当作垃圾回收。
白色对象本来被一个灰色对象引用，但是该灰色对象将该引用赋给了黑色对象，灰对白的引用断开。此时，由于不会对黑色对象的引用进行检测标记，即该白色节点即使被引用也无法被标记为灰色，最终当作垃圾处理掉。

三色标记法出现对象丢失，要满足以下两个条件：

• 条件一：白色对象被黑色对象引用
• 条件二：灰色对象与白色对象之间的可达关系遭到破坏

只要破坏两个中的任何一个不会导致对象丢失的发生。

两种不变式

如何破坏两个条件

• 强不变式： 不允许黑色对象引用白色对象
• 弱不变式： 黑色对象可以引用白色对象，但是白色对象必须直接或间接被灰色对象引用。（保证白色对象一定会被扫描到）

go对上述规则的两种实现机制：

插入写屏障

当一个对象引用另外一个对象时，将另外一个对象标记为灰色。

插入屏障仅会在堆内存中生效，不对栈内存空间生效，这是因为go在并发运行时，大部分的操作都发生在栈上，函数调用会非常频繁。数十万goroutine的栈都进行屏障保护自然会有性能问题。

如果一个栈对象 黑色引用白色对象，白色对象依然会被当作垃圾回收。
因此，最后还需要对栈内存 进行STW，重新rescan，确保所有引用的被引用的栈对象都不会被回收。

删除写屏障

当一个白色对象被另外一个对象时解除引用时，将该被引用对象标记为灰色（白色对象被保护）

缺点：产生内存冗余，如果上述该白色对象没有被别的对象引用，相当于还是垃圾，但是这一轮垃圾回收并没有处理掉他。

混合写屏障法

• GC刚开始的时候，会将栈上的可达对象全部标记为黑色。

• GC期间，任何在栈上新创建的对象，均为黑色。
  将栈上的可达对象全部标黑，最后无需对栈进行STW，就可以保证栈上的对象不会丢失

• 堆上被删除的对象标记为灰色

• 堆上新添加的对象标记为灰色

总结

go 1.3 之前采用标记清除法，需要STW
go 1.5 采用三色标记法，插入写屏障机制（只在堆内存中生效），最后仍需对栈内存进行STW
go 1.8 采用混合写屏障机制，屏障限制只在堆内存中生效。避免了最后节点对栈进行STW的问题，提升了GC效率