Go语言基础（十五）：垃圾回收机制（三色标记）

垃圾回收（Garbage Collection），是一种自动管理内存的机制。传统编程语言（如C/C++）需要开发者对无用内存资源进行手动释放。而 Go 则是通过 runtime 实现对内存资源的管理，自动释放无用内存资源。

一、标记清除（三色标记）大致原理

三色标记法将对象分为三类：

• 白色对象（可能死亡）：未被回收器访问到的对象。在回收开始阶段，所有对象均为白色，当回收结束后，白色对象均不可达。
• 灰色对象（确定存活）：已被回收器访问到的对象，此时已经能确认该对象是存活的。但回收器需要对其中的一个或多个指针进行扫描，因为他们可能还指向其他白色对象。
• 黑色对象（确定其所有引用此对象的对象）：已被回收器访问到的对象，其中所有字段都已被扫描，黑色对象中任何一个指针都不可能直接指向白色对象。

GC工作流程（其中有两次stop the world！）：

1、标记细节

• GC 开始时，认为所有 object 都是 白色，即垃圾。
• 从 root 区开始遍历，被触达的 object 置成 灰色。
• 遍历所有灰色 object，将他们内部的引用变量置成 灰色，自身置成 黑色
• 循环第 3 步，直到没有灰色 object 了，只剩下了黑白两种，白色的都是垃圾。

对于黑色 object，如果在标记期间发生了写操作，写屏障会在真正赋值前将新对象标记为 灰色。
标记过程中，mallocgc 新分配的 object，会先被标记成 黑色 再返回。

2、root对象

root对象在垃圾回收的术语中又叫做root集合，它是垃圾回收器在标记过程时最先检查的对象。

根对象包括：

• 全局变量：程序在编译期就能确定的那些存在于程序整个生命周期的变量。
• 执行栈：每个 goroutine 都包含自己的执行栈，这些执行栈上包含栈上的变量及指向分配的堆内存区块的指针。
• 寄存器：寄存器的值可能表示一个指针，参与计算的这些指针可能指向某些赋值器分配的堆内存区块。

二、垃圾回收触发机制

1、内存分配量达到阀值触发

• 每次内存分配时都会检查当前内存分配量是否已达到阀值，如果达到阀值则立即启动 GC。
• 阀值 = 上次 GC 内存分配量 * 内存增长率
• 内存增长率由环境变量 GOGC 控制，默认为 100，即每当内存扩大一倍时启动 GC。

2、定期触发

• 默认情况下，最长 2 分钟触发一次 GC，这个间隔在 src/runtime/proc.go:forcegcperiod 变量中被声明

3、手动触发

• 程序代码中也可以使用 runtime.GC()来手动触发 GC。这主要用于 GC 性能测试和统计。