GO语言的垃圾回收机制

内存垃圾的产生

程序在内存上被分为堆区、栈区、全局数据区、代码段、数据区五个部分。对于C++等早期编程语言栈上的内存回由编译器负责管理回收，而堆上的内存空间需要编程人员负责申请和释放。在Go中栈上内存仍由编译器负责管理回收，而堆上的内存由编译器和垃圾收集器负责管理回收，给编程人员带来了极大的便利性。

 垃圾是指程序向堆栈申请的内存空间，随着程序的运行已经不再使用这些内存空间，这时如果不释放它们就会造成垃圾，也就是内存泄漏。

 package main//假设每个人都拥有自己都一部手机type Person struct {phone *Phone}type Phone struct {money int}func main() {//定义一个Person为超超chao := new(Person)//超超一开始用的是iphone12iphone := &Phone{money: 6599}chao.phone = iphone//华为推出了鸿蒙，于是超超果断入了一部mate40huawei := &Phone{money: 5899}chao.phone = huawei}

随着超超将手机从iphone换成了华为，phone指向的内存空间就变成了垃圾，这时就需要对phone指向的内存空间进行回收，否则就变成了内存泄漏。

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Golang垃圾回收机制

Go1.3采用的标记清除法，Go1.5采用三色标记法，Go1.8采用三色标记法+混合写屏障。

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标记清除法

分为两个阶段：标记和清除

标记阶段：从根对象出发寻找并标记所有存活的对象。

清除阶段：遍历堆中的对象，回收未标记的对象，并加入空闲链表

缺点：需要暂停程序STW

步骤：

1. 进行STW（暂停程序业务逻辑），然后从main函数开始找到不可达的内存占用和可达的内存占用
2. 开始标记，程序找出可达内存占用并标记
3. 标记结束，清除未标记的内存占用
4. 结束STW停止暂停，让程序继续执行，循环该过程直到main生命周期结束。

 一开始的做法是将垃圾清理结束时才停止STW,后来优化了方案将清理垃圾放到了STW之后，与程序运行同时进行，这样做减少了STW的时长。但是STW会暂停用户逻辑对程序的性能影响是非常大的，这种粒度的STW对于性能较高的程序还是无法接受，因此Go1.5采用了三色标记法优化了STW。

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三色标记法

将对象标记为白色，灰色和黑色

白色：不确定对象(默认色) ；黑色：存活对象；灰色：存活对象，子对象待处理

步骤：

1. 将所有对象标记为白色
2. 从根节点集合出发，将第一次遍历到的节点标记为灰色放入到集合列表中
3. 遍历灰色集合，将灰色节点遍历到的白色节点标记为灰色，并把灰色节点标记为黑色、
4. 循环整个过程
5. 直到灰色节点集合为空，回收所有白色节点

这种方法有个缺陷：如果对象的引用被用户修改了，那么之前的标记就无效了。

分析bug的根源所在，主要是因为程序在运行过程中出现了下面俩种情况

1. 一个白色对象被黑色对象引用
2. 灰色对象与它之间的可达关系的白色对象遭到破坏

因此在此基础上拓展出了俩种方法，强三色不变式和弱三色不变式

1. 强三色不变式：不允许黑色对象引用白色对象
2. 弱三色不变式：黑色对象可以引用白色，白色对象存在其他灰色对象对他的引用，或者他的链路上存在灰色对象

为了实现这俩种不变式的设计思想，从而引出了屏障机制，即在程序的执行过程中加一个判断机制，满足判断机制则执行回调函数。

 屏障机制分为插入屏障和删除屏障，插入屏障实现的是强三色不变式，删除屏障则实现了弱三色不变式。值得注意的是为了保证栈的运行效率，屏障只对堆上的内存对象启用，栈上的内存会在GC结束后启用STW重新扫描。

插入屏障：对象被引用时触发的机制，当白色对象被黑色对象引用时，白色对象被标记为灰色（栈上对象无插入屏障）

缺点在于：如果对象1在栈上新创建了一个对象6，由于栈没有屏障机制，所以对象6仍为白色节点会被回收

所以栈在GC迭代结束时（没有灰色节点），会对栈执行STW，重新进行扫描清除白色节点。（STW时间为10-100ms） 

删除屏障：对象被删除时触发的机制。如果灰色对象引用的白色对象被删除时，那么白色对象会被标记为灰色。

缺点：这种做法回收精度较低，一个对象即使被删除仍可以活过这一轮再下一轮被回收。（如果对象4没有引用对象3，此时对象3应该作为垃圾被回收，但是对象3却要等到下一轮GC才会被回收）

同样也存在对栈的二次扫描影响程序的效率。

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三色标记+混合写屏障技术

基于插入写屏障和删除写屏障在结束时需要STW来重新扫描栈，所带来的性能瓶颈，Go在1.8引入了混合写屏障的方式实现了弱三色不变式的设计方式，混合写屏障分下面四步

1. GC开始时将栈上可达对象全部标记为黑色（不需要二次扫描，无需STW）
2. GC期间，任何栈上创建的新对象均为黑色
3. 被删除引用的对象标记为灰色
4. 被添加引用的对象标记为灰色