浅谈Go垃圾回收机制-面试笔记

Go 语言的垃圾回收机制（Garbage Collection，GC）是其内存管理的重要组成部分，以下是相关介绍：

1、基本原理

• 标记 - 清除算法：Go 语言的垃圾回收主要基于三色标记 - 并发清除算法。首先，从根对象（如全局变量、当前执行函数的局部变量等）开始，递归地标记所有可达的对象。然后，遍历整个堆，清除未被标记的对象，即那些不可达的对象，回收它们占用的内存空间。
• 三色标记法：为了实现标记过程，Go 使用了三色标记法。将对象分为白色、灰色和黑色。初始时，所有对象都是白色。从根对象开始，将其标记为灰色，放入待处理队列。处理队列中的灰色对象，将其引用的对象标记为灰色，并将自身标记为黑色。重复这个过程，直到队列为空。最后，剩下的白色对象就是不可达的垃圾对象。

2、三色标记法的三种颜色：

• 白色：表示尚未被垃圾回收器访问过的对象，在垃圾回收过程开始时，初始时，所有对象默认都是白色。从根对象出发无法到达的白色对象，最终会被认定为垃圾对象，可以被回收。
• 灰色：代表已被垃圾回收器访问过，但它引用的其他对象尚未全部被访问完的对象。在标记过程中，灰色对象是正在处理的对象，其引用的白色对象会被标记为灰色，并放入待处理的灰色集合中。
• 黑色：表示已被垃圾回收器访问过，并且其引用的所有对象也都已被访问过的对象。黑色对象在本次垃圾回收中被认为是存活的对象，不会被回收。

3、标记过程

• 初始化：从根对象（如全局变量、栈上的变量等）开始遍历，将根对象标记为灰色，并放入一个待处理的灰色集合中。
• 标记阶段：从灰色集合中取出一个灰色对象，将其所有直接引用的对象标记为灰色（如果这些对象原本是白色的话），并放入灰色集合中，并将当前对象标记为黑色。不断重复这个过程，直到灰色集合为空。此时，所有可达的对象都被标记为了黑色，而不可达的对象仍然是白色。
• 并发执行：Go 语言的垃圾回收器在标记阶段与应用程序的执行并发进行，通过将标记工作分解为多个小步骤，与应用程序的执行交替进行，减少标记阶段对应用程序的停顿时间。

根对象？

根对象是指那些可以直接被程序访问到的对象，包括：

全局变量、逃逸的函数局部变量、CPU 寄存器中存储的变

全局变量在程序运行期间通常不会被回收，因为它们在整个程序的生命周期内都处于可达状态。

4、清除阶段：

        遍历堆中的所有对象，将那些仍然是白色的对象回收，释放它们占用的内存空间。

5、优化策略

• 分代回收：Go 语言将内存对象分为不同的代，新创建的对象通常在年轻代，经过多次垃圾回收后仍然存活的对象会被晋升到老年代。年轻代的垃圾回收频率较高，因为大多数对象在创建后很快就不再被使用，老年代的回收频率较低。
• 并发回收：Go 的垃圾回收可以与用户代码并发执行，减少垃圾回收对程序执行的暂停时间。在垃圾回收过程中，大部分工作可以在后台进行，只有在一些关键阶段，如标记开始和结束时，才需要暂停用户程序，以确保标记的准确性。
• 写屏障：为了保证在并发垃圾回收过程中对象引用关系的正确性，Go 语言使用了写屏障技术。写屏障在对象的指针被修改时触发，当应用程序修改指针时，写屏障会记录这些修改，以确保 GC 不会遗漏任何可达对象。具体来说，写屏障会将新写入的对象标记为灰色，确保它们在标记过程中被正确访问到。

6、触发条件

• 定时触发：Go 语言运行时会定期检查是否需要进行垃圾回收，这个时间间隔是动态调整的，根据程序的运行情况和内存使用情况来确定。
• 内存分配触发：当内存分配达到一定阈值时，也会触发垃圾回收。例如，当新分配的内存超过了当前堆内存的一定比例时，就会启动垃圾回收，以释放一些内存空间。