【Go专家编程——内存管理—

【Go专家编程——内存管理——垃圾回收】

垃圾回收

所谓的垃圾就上不在需要的内存块，垃圾如果不清理，这些内存块就没有办法再次被分配使用。在不支持垃圾回收的编程语言中，这些垃圾内存就上泄露的内存。

1. 垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法有3种

引用计数：对每个对象维护一个引用计数，当引用该对象的对象被销毁时，引用计数减1，当引用计数器为0时回收该对象
- 优点：对象可以很快被回收，不会出现内存耗尽或达到某个阈值时才回收
- 缺点：不能很好地处理循环引用，实施维护引用计数也有一定的代价
- 代表语言：Python，PHP，Swift
标记-清除：从根变量开始遍历所有引用的对象，引用的对象标记为"被引用"，没有标记的对象被回收
- 优点：解决了引用计数的缺点
- 缺点：需要STW，即暂停程序运行
- 代表语言：Go(三色标记法)
分代收集：按照对象声明周期的长短划分不同的代空间，生命周期长的放入老年代，短的放入新生代，不同代有不同的回收算法和回收频率
- 优点：回收性能好
- 缺点：算法复杂
- 代表语言：Java

2.Go垃圾回收

2.1 垃圾回收的原理

垃圾回收的核心就是标记处那些内存还在使用，哪些内存不再使用了（即未被引用），把未被引用的内存回收，以供后续内存分配使用。

垃圾回收开始时从root对象扫描，把root对象引用的内存标记为“被引用”，考虑到内存块中存放的可能是指针，所以还需要递归地进行标记，全部标记完成后，只保留被标记的内存，未被标记的内存全部标记为未分配即完成了回收。

2.2 内存标记(Mark)

之前的博客有介绍了span数据结构，span中维护了一个个内存块，并有成员变量allocBits表示每个内存块的分配情况。在span的数据结构中还有另一个位图gcmarkBits（之前的文章中未被写出），用于标记内存块被引用的情况。

allocBits和gcmarkBits的数据结构完全一样，标记结束后就上内存回收，回收时将allocBits指向gcmarkBits，代表标记过的内存才是存活的内存，gcmarkBits则会在下次标记时重新分配内存。

2.3 三色标记法

三色对应了垃圾回收过程中对象的三种状态

灰色：对象还在标记队列中等待
黑色：对象已被标记，gcmarkBits对应的位为1（该对象不会再本次GC中被清理）
白色：对象未被标记，gcmarkBits对应的位为0（该对象会在本次GC中被清理）

在这里插入图片描述

初始化阶段：
- 所有对象最初都被标记为白色，表示尚未访问。
- 设置一个根集，根集通常包括当前的栈变量、全局变量以及Go运行时的数据结构等可以直接访问到的对象。这些根集中的对象被标记为灰色。
并发标记阶段：
- 从灰色对象开始，垃圾回收器会遍历这些对象引用的所有对象，并将其从白色改为灰色，表示这些对象已被发现但其引用的对象还未被检查。
- 同时，标记过程会递归进行，每当完成一个对象的引用检查（即将其引用的所有白色对象标记为灰色），该对象就会被标记为黑色，表示该对象及其所有引用链上的可达对象都已被访问过，不会再被重新访问。
- 这个过程是并发执行的，即垃圾回收器与程序的其他部分并行工作，以减少停顿时间。
重新扫描（重新标记）阶段：
- 由于标记阶段是并发进行的，程序可能在此期间修改了某些对象的引用关系，这可能导致一些本应标记为灰色或黑色的对象仍保持为白色。因此，需要有一个阶段来修正这种不一致，这个阶段称为重新扫描或重新标记阶段。
- 在这个阶段，垃圾回收器会暂停所有非垃圾回收相关的任务，再次检查灰色对象，并确保它们的引用关系已经被正确处理，新发现的白色对象会被标记为灰色继续处理，直至没有灰色对象剩余。
清理阶段：
- 当所有可达对象都被标记为黑色后，垃圾回收器知道所有白色对象都是不可达的，可以被安全地回收。
- 这个阶段会释放那些白色对象占用的内存空间，为新的分配做准备。