Golang中GC回收机制三色标记与混合写屏障

整理自：Golang中GC回收机制三色标记与混合写屏障

目标

理解Golang中GC垃圾回收机制

Go v1.3

v1.3之前的标记-清除(mark and sweep)方法

步骤：

第一步：暂停业务逻辑，找出不可达的对象和可达的对象；

第二步：开始标记，程序对所有可达的对象加上标记；

第三步：标记完成后，开始清除未标记的对象

第四步：结束暂停，让程序继续跑，然后循环重复这个过程，知道process程序生命周期结束；

缺点：

1.STW (stop the world) 会让程序暂停，程序出现卡顿；

2.标记需要扫描整个heap(堆内存);

3.清除数据会产生heap碎片；

Go v1.5

三色标记法

步骤：

第一步：只要创建的新对象，默认都是标记为“白色”；

第二步：每次GC开始回收，从根节点遍历所有对象，将遍历到的对象从“白色”标记为“灰色”；

第三步：遍历灰色对象集合，将灰色对象引用的引用的对象从白色标记为灰色，之后将此灰色对象放入黑色集合；

第四步：重复第三步，直到灰色区域无对象；

第五步：回收所有白色标记的对象，就是垃圾回收；

如果三色标记法不被STW保护

条件1:一个白色对象被黑色对象引用；

条件2:灰色对象与它有可达关系的白色对象引用关系遭到破坏；

结论：两个条件同时满足，那么就会造成垃圾回收时对象丢失。

强弱三色不变式

强三色不变式：

破坏条件一，强制性的不允许黑色对象引用白色对象；

弱三色不变式：

破坏条件二，黑色可以引用白色对象，但白色对象必须存在灰色对象的引用，或者可达的上游链路上有灰色对象引用。

如果三色标记法满足强弱三色不变式之一，即可保证不丢失对象。

屏障机制

插入屏障

对象被引用时，触发的机制；

具体操作：在A对象引用B对象时，B对象被强制标记为灰色；

满足：强三色不变式，不存在黑色对象引用白色对象的情况了，因为在引用时白色会被强制标记为灰色；

不足：插入屏障只存在于堆对象上，结束时需要重新扫描栈，大约需要10～100ms.

删除屏障

对象被删除时，触发的机制；

具体操作：被删除的对象，如果自身为灰色或白色，那么会被标记为灰色；

满足：弱三色不变式，保护灰色对象到白色对象的引用不会断；

不足：回收精度低，一个对象即使被删除了最后一个指向它的指针，也依然可以活过这一轮，在下一轮GC中才会被清理。

Go v1.8

三色标记法+混合写屏障机制

具体操作：

1.GC开始时，将栈上的对象全部扫描并标记为黑色，之后不再进行重复扫描，无需 STW；

2.GC期间，任何在栈上创建的对象，均标记为黑色；

3.被删除的对象标记为灰色；

4.被添加的对象标记为灰色；

总结

Go v1.3版本，普通的标记清除法，整体需要STW，效率较低；

Go v1.5版本，三色标记法，堆空间启用屏障，栈空间不启用，全部扫描后，需要重新扫描一次栈(需要STW)，效率普通；

Go v1.8版本后，三色标记法+混合写屏障，栈空间不启动屏障，堆空间启动，几乎不需要STW，整体效率较高；