Go 垃圾回收：简单理解版

因为总也记不住, 必须从笔记当中挪出来放到博客中. 为了面子, 必须记住.

Go 的垃圾回收（GC）可以先简单理解为两个步骤：

标记存活对象 → 清除垃圾对象

这种方式叫作 标记—清除（Mark-Sweep）。

第二阶段没什么知识点，就是把白色对象从堆中删除。

三色标记法

三色标记法描述的是在第一阶段，也就是标记存活对象时使用的方法。

• 灰色代表还没有完成扫描；
• 黑色代表扫描已经完成。

三色标记过程

1. 从 root 开始，找到所有可达对象，并标记为灰色。root 指：
   1. 全局变量；
   2. goroutine 栈中的变量；
2. 扫描灰色对象，将它们标记为黑色，并将它们引用的白色对象标记为灰色；
3. 重复步骤 2，直到没有灰色对象为止。

一次完整的标记过程

1. 短暂 STW；
2. 标记和业务代码并发运行；
3. 短暂 STW。

STW

什么是 STW？

STW 是 Stop The World 的缩写，意思是暂停所有业务 goroutine 的运行，让 GC 独占 CPU 资源。

STW 都做了什么？

1. 第一次 STW
   1. 暂停业务 goroutine；
   2. 统一开启写屏障；
   3. 恢复业务 goroutine。
2. 第二次 STW
   1. 暂停业务 goroutine；
   2. 关闭写屏障；
   3. 最后清理一次写屏障引入的灰色节点；
   4. 恢复业务 goroutine。

为什么需要 STW？

保证所有业务 goroutine 都在同一个 GC 状态下运行，避免漏标存活对象。

为什么要使用三色标记？

三色标记法存在的意义是，能够让 GC 和业务代码同时运行。

1. 如果一次扫描整个堆，并且扫描期间完全停止业务，那么堆越大，业务暂停的时间就可能越长。
2. 三色标记可以满足让 GC 和业务代码并发运行的需求。
   1. GC 扫一半，让渡 CPU 资源给业务 goroutine，回来的时候，继续扫描剩下的灰色对象，黑色就不扫了；
   2. 但是业务 goroutine 可能会修改对象之间的引用关系，譬如：
      1. A --> B，然后 goroutine 切换；
      2. A --> C，这时候，B 是垃圾，C 不是了。这个时候，引入写屏障解决。

写屏障

写屏障可以简单理解为：业务代码修改指针引用时，由编译器插入的一小段辅助逻辑，用来通知 GC 对象引用关系发生了变化，避免并发标记过程中漏标存活对象。

常见的写屏障有两种：

插入写屏障

• 关注新写入的指针；
• 例如将 A --> B 修改为 A --> C 时，把新指向的对象 C 标记为灰色；
• 这样即使 A 已经扫描完成，GC 仍然会继续扫描 C。

删除写屏障

• 关注被覆盖、即将删除的旧指针；
• 将 A --> B 修改为 A --> C 时，把旧指针指向的对象 B 标记为灰色；
• 即使 B 刚刚失去引用，本轮 GC 也暂时保留它，避免 GC 与业务代码并发修改引用时发生漏标。

删除写屏障的目的是什么？解决了什么场景的问题？

1. B 是白色；
2. 有 goroutine 引入了 B；
3. B 真的变成白色了，这是不行的。

删除写屏障带来的问题是，垃圾回收不干净。譬如上面的 B 也许没有被引用，真的应该被回收。不过也没关系，因为下一轮 GC 会把它回收掉。

<完>