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三色標記法介紹:

三色標記法(tricolor mark-and-sweep algorithm)是傳統 Mark-Sweep 的一個改進,它是一個并發的 GC 算法,在Golang中被用作垃圾回收的算法,但是也會有一個缺陷,可能程序中的垃圾產生的速度會大于垃圾收集的速度,這樣會導致程序中的垃圾越來越多無法被收集掉。原理如下所示:

step 1: 創建:白、灰、黑 三個集合。

step 2: 將所有對象放入白色集合中。

step 3: 從根節點開始遍歷所有對象,把遍歷到的對象從白色集合放入灰色集合(備注:這里放入灰色集合的都是根節點的對象)。

step 4: 遍歷灰色集合,將灰色對象引用的對象(備注:這里指的是灰色對象引用到的所有對象,包括灰色節點間接引用的那些對象)從白色集合放入灰色集合,然后將分析過的灰色對象放入黑色集合。

step 5: 直到灰色中無任何對象。

step 6: 通過寫屏障(write-barrier)檢測對象有變化,重復以上操作(備注:因為 mark 和用戶程序是并行的,所以在上一步執行的時候可能會有新的對象分配,寫屏障是為了解決這個問題引入的)。

step 7: 收集所有白色對象(垃圾)。

例子如下所示:

1. 初始階段,假設當前的對象調用情況如下所示,root ->A->B/A->C/A<->D;root->F; E; G->H;

根據算法,會將所有的對象都放到白色集合當中,對應于step 1和step 2。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

2. GC開始掃描,這里會從根節點開始,遍歷發現只有A和F是根節點,于是將A、F從白色集合移動到灰色集合當中,在白色結合中之后剩下B、C、D、E、G、H這些節點,對應于step 3。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

3. GC繼續掃描灰色集合,會將灰色集合中的節點中引用的節點移動到灰色集合當中,本例中A節點引用的節點B、C、D會被移動到灰色集合中,緊接著A發現自己引用的所有子節點都已經在灰色集合了,便會被移動到黑色集合中,同時F節點沒有自節點,也會被移動到黑色集合當中,對應于step 4。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

4. GC會循環遍歷灰色集合,直到灰色集合之中沒有節點為止,在本例中,發現B、C、D都沒有子節點在白色集合中,便將B、C、D都移動到黑色集合中,對應于step 5。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

5. 此時只剩下E、G、H在白色集合中,剩下的對象都在黑色集合中,GC便清除白色集合中的對象,也就是進行回收這些對象,對應于step 7。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

6. 上面的垃圾回收結束之后,GC會在進行一步操作,也就是將黑色集合變色成白色集合,供下一次垃圾回收使用。

Go垃圾回收之三色標記算法

 

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