1.常見的垃圾回收機制#
1.1 引用計數#
對每個對象維護一個引用計數，當引用對象的對象被銷毀時，引用計數-1，如果引用計數為0，則進行垃圾回收
- 優點：對象可以很快的被回收，不會出現記憶體耗盡或達到某個閥值時才回收。
- 缺點：不能很好的處理循環引用，而且實時維護引用計數，有也一定的代價。
- 代表語言：Python、PHP、Swift
1.2 标記-清除#
從根變量開始周遊所有引用的對象，引用的對象标記為"被引用"，沒有被标記的進行回收。
- 優點：解決了引用計數的缺點。
- 缺點：需要STW，即要暫時停掉程式運作。
- 代表語言：Golang(其采用三色标記法)
1.3 分代收集#
按照對象生命周期長短劃分不同的代空間，生命周期長的放入老年代，而短的放入新生代，不同代有不能的回收算法和回收頻率。
- 優點：回收性能好
- 缺點：算法複雜
- 代表語言： JAVA
2. Golang的标記清除#
如下圖所示，通過gcmarkBits位圖示記span的塊是否被引用。對應記憶體配置設定中的bitmap區。
2.1 三色标記#
- 灰色：對象已被标記，但這個對象包含的子對象未标記
- 黑色：對象已被标記，且這個對象包含的子對象也已标記，gcmarkBits對應的位為1（該對象不會在本次GC中被清理）
- 白色：對象未被标記，gcmarkBits對應的位為0（該對象将會在本次GC中被清理）
例如，目前記憶體中有A~F一共6個對象，根對象a,b本身為棧上配置設定的局部變量，根對象a、b分别引用了對象A、B, 而B對象又引用了對象D，則GC開始前各對象的狀态如下圖所示:
- 初始狀态下所有對象都是白色的。
- 接着開始掃描根對象a、b; 由于根對象引用了對象A、B,那麼A、B變為灰色對象，接下來就開始分析灰色對象，分析A時，A沒有引用其他對象很快就轉入黑色，B引用了D，則B轉入黑色的同時還需要将D轉為灰色，進行接下來的分析。
- 灰色對象隻有D，由于D沒有引用其他對象，是以D轉入黑色。标記過程結束
- 最終，黑色的對象會被保留下來，白色對象會被回收掉。
2.2 GC的觸發#
- 門檻值：預設記憶體擴大一倍，啟動gc
- 定期：預設2min觸發一次gc，src/runtime/proc.go:forcegcperiod
- 手動：runtime.gc()
2.3 STW#
stop the world是gc的最大性能問題，對于gc而言，需要停止所有的記憶體變化，即停止所有的goroutine，等待gc結束之後才恢複。
标記-清除(mark and sweep)算法的STW(stop the world)操作，就是runtime把所有的線程全部當機掉，所有的線程全部當機意味着使用者邏輯是暫停的。這樣所有的對象都不會被修改了，這時候去掃描是絕對安全的。
Go如何減短這個過程呢？标記-清除(mark and sweep)算法包含兩部分邏輯：标記和清除。
我們知道Golang三色标記法中最後隻剩下的黑白兩種對象，黑色對象是程式恢複後接着使用的對象，如果不碰觸黑色對象，隻清除白色的對象，肯定不會影響程式邏輯。是以： 清除操作和使用者邏輯可以并發。
标記操作和使用者邏輯也是并發的，使用者邏輯會時常生成對象或者改變對象的引用，那麼标記和使用者邏輯如何并發呢？這裡就讓說到golang的寫屏障了，我們在2.5中介紹。
2.4 GC流程#
- Sweep Termination: 對未清掃的span進行清掃, 隻有上一輪的GC的清掃工作完成才可以開始新一輪的GC
- Mark: 掃描所有根對象, 和根對象可以到達的所有對象, 标記它們不被回收
- Mark Termination: 完成标記工作, 重新掃描部分根對象(要求STW)
- Sweep: 按标記結果清掃span
目前整個GC流程會進行兩次STW(Stop The World), 第一次是Mark階段的開始, 第二次是Mark Termination階段.
- 第一次STW會準備根對象的掃描, 啟動寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).
- 第二次STW會重新掃描部分根對象, 禁用寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).
需要注意的是, 不是所有根對象的掃描都需要STW, 例如掃描棧上的對象隻需要停止擁有該棧的G.
從go 1.9開始, 寫屏障的實作使用了Hybrid Write Barrier, 大幅減少了第二次STW的時間.
2.5 寫屏障#
因為go支援并行GC， GC的掃描和go代碼可以同時運作，這樣帶來的問題是GC掃描的過程中go代碼有可能改變了對象的依賴樹。
例如開始掃描時發現根對象A和B，B擁有C的指針。
- GC先掃描A，A放入黑色
- B把C的指針交給A
- GC再掃描B，B放入黑色
- C在白色，會回收；但是A其實引用了C。
為了避免這個問題, go在GC的标記階段會啟用寫屏障(Write Barrier).
啟用了寫屏障(Write Barrier)後，
- GC先掃描A，A放入黑色
- B把C的指針交給A
- 由于A在黑色，是以C放入灰色
- C沒有子對象，放入黑色
- 掃描B，B沒有子對象，放入黑色
即使A可能會在稍後丢掉C, 那麼C就在下一輪回收。
開啟寫屏障之後，當指針發生改變, GC會認為在這一輪的掃描中這個指針是存活的, 是以放入灰色