Go垃圾回收GC詳解-魔扣目錄

Go的三色標(biāo)記GC

引用計(jì)數(shù)：對(duì)每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)引用計(jì)數(shù)，當(dāng)引用該對(duì)象的對(duì)象被銷毀時(shí)，引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)器為0是回收該對(duì)象。
優(yōu)點(diǎn)：對(duì)象可以很快的被回收，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存耗盡或達(dá)到某個(gè)閥值時(shí)才回收。
缺點(diǎn)：不能很好的處理循環(huán)引用，而且實(shí)時(shí)維護(hù)引用計(jì)數(shù)，有也一定的代價(jià)。
代表語(yǔ)言：Python、php、Swift
標(biāo)記-清除：從根變量開始遍歷所有引用的對(duì)象，引用的對(duì)象標(biāo)記為"被引用"，沒(méi)有被標(biāo)記的進(jìn)行回收。
優(yōu)點(diǎn)：解決了引用計(jì)數(shù)的缺點(diǎn)。
缺點(diǎn)：需要STW，即要暫時(shí)停掉程序運(yùn)行。
代表語(yǔ)言：Golang(其采用三色標(biāo)記法)
分代收集：按照對(duì)象生命周期長(zhǎng)短劃分不同的代空間，生命周期長(zhǎng)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(diǎn)：回收性能好
缺點(diǎn)：算法復(fù)雜
代表語(yǔ)言： JAVA,python

root

首先標(biāo)記root根對(duì)象，根對(duì)象的子對(duì)象也是存活的。

根對(duì)象包括：全局變量，各個(gè)G stack上的變量等。

標(biāo)記

在之前的Go語(yǔ)言——內(nèi)存管理一文中，分析過(guò)span是內(nèi)存管理的最小單位，所以猜測(cè)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(guò)gcmarkBits位圖標(biāo)記span的塊是否被引用。對(duì)應(yīng)內(nèi)存分配中的bitmap區(qū)。

三色標(biāo)記

灰色：對(duì)象已被標(biāo)記，但這個(gè)對(duì)象包含的子對(duì)象未標(biāo)記
黑色：對(duì)象已被標(biāo)記，且這個(gè)對(duì)象包含的子對(duì)象也已標(biāo)記，gcmarkBits對(duì)應(yīng)的位為1（該對(duì)象不會(huì)在本次GC中被清理）
白色：對(duì)象未被標(biāo)記，gcmarkBits對(duì)應(yīng)的位為0（該對(duì)象將會(huì)在本次GC中被清理）

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

初始狀態(tài)下所有對(duì)象都是白色的。
接著開始掃描根對(duì)象a、b; 由于根對(duì)象引用了對(duì)象A、B,那么A、B變?yōu)榛疑珜?duì)象，接下來(lái)就開始分析灰色對(duì)象，分析A時(shí)，A沒(méi)有引用其他對(duì)象很快就轉(zhuǎn)入黑色，B引用了D，則B轉(zhuǎn)入黑色的同時(shí)還需要將D轉(zhuǎn)為灰色，進(jìn)行接下來(lái)的分析。
灰色對(duì)象只有D，由于D沒(méi)有引用其他對(duì)象，所以D轉(zhuǎn)入黑色。標(biāo)記過(guò)程結(jié)束
最終，黑色的對(duì)象會(huì)被保留下來(lái)，白色對(duì)象會(huì)被回收掉。

STW

stop the world是gc的最大性能問(wèn)題，對(duì)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(rèn)內(nèi)存擴(kuò)大一倍，啟動(dòng)gc
定期：默認(rèn)2min觸發(fā)一次gc，src/runtime/proc.go:forcegcperiod
手動(dòng)：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(shí)運(yùn)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(duì)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(shí)間比較少。
Mark: Mark objects and follow pointers。標(biāo)記所有根對(duì)象, 和根對(duì)象可以到達(dá)的所有對(duì)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(biāo)記工作。這個(gè)過(guò)程需要STW。
Sweep: 按標(biāo)記結(jié)果清掃span

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

第一次STW會(huì)準(zhǔn)備根對(duì)象的掃描, 啟動(dòng)寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).
第二次STW會(huì)重新掃描部分根對(duì)象, 禁用寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).

從1.8以后的golang將第一步的stop the world 也取消了，這又是一次優(yōu)化； 1.9開始, 寫屏障的實(shí)現(xiàn)使用了Hybrid Write Barrier, 大幅減少了第二次STW的時(shí)間.

寫屏障

因?yàn)間o支持并行GC, GC的掃描和go代碼可以同時(shí)運(yùn)行, 這樣帶來(lái)的問(wèn)題是GC掃描的過(guò)程中g(shù)o代碼有可能改變了對(duì)象的依賴樹。

例如開始掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)根對(duì)象A和B, B擁有C的指針。