Golang基础-GC

Go 语言的 垃圾回收（GC） 是自动管理内存的重要机制，负责清理不再使用的内存，以避免内存泄漏。Go 的垃圾回收器采用的是 标记-清除（Mark-Sweep） 算法，配合 分代回收（Generational GC） 和 并发回收 等优化措施，旨在保证高效且最小化暂停时间。以下是对 Go 垃圾回收的详细介绍，包括工作原理、算法细节、性能优化等方面。

Go 的垃圾回收（GC）概述

Go 语言的垃圾回收设计目标是：

• 低暂停时间：尽量避免长时间的暂停，以提高应用程序的响应性和实时性。

• 并发执行：GC 不应该阻塞应用程序的执行，尽可能与程序并发运行。

• 低内存占用：尽量减少内存占用和系统资源的消耗。

Go 的垃圾回收器是 并发标记-清除（Mark-Sweep） 算法的实现，配合 分代回收 等优化，使得 GC 在低延迟、高吞吐量的应用场景中表现出色。

Go GC 的核心概念

1. 堆（Heap）和栈（Stack）：

   • Go 中有两种内存区域：栈 和 堆。栈是为每个 goroutine 分配的内存区域，通常用来存储局部变量和函数调用信息；堆是用于存储程序的动态分配内存，使用 new 和 make 等操作。

   • GC 主要管理堆内存，对栈内存的管理由系统自动处理。

2. 垃圾回收的触发条件： Go 的 GC 不是手动触发的，而是通过 内存分配压力 来自动触发。GC 运行时会分析内存使用情况，当堆的大小或其他内存参数达到某个阈值时，GC 会被触发。

3. 标记-清除算法（Mark-Sweep）： Go 的垃圾回收器使用 标记-清除 算法来回收内存。标记-清除的基本步骤是：

   • 标记阶段（Mark Phase）：从根对象（如全局变量、栈上的指针等）开始，遍历所有可以到达的对象并进行标记。

   • 清除阶段（Sweep Phase）：在标记完成后，清除那些未被标记的对象，释放其占用的内存。

4. 分代回收： Go 的垃圾回收器采用分代回收（Generational GC）的思想，尽量减少长期存在的对象的回收频率，优先回收年轻代对象。新分配的对象会被视为年轻代对象，当对象存活时间较长时，它们会被晋升到老年代，从而减少不必要的回收工作。

Go GC 的工作流程

Go 的 GC 采用了并发回收的方式，其工作过程主要可以分为以下几个步骤：

1. GC 启动

GC 会在堆内存的使用量达到某个阈值时自动触发。Go 中的垃圾回收器通常在以下情况触发：

• 堆的大小超过某个比例。

• 启动时即触发第一次 GC。

2. 标记阶段

• 在标记阶段，GC 会从根对象开始标记，根对象包括全局变量、正在执行的 goroutine 的栈和运行时需要的特殊数据结构。

• 通过 可达性分析，GC 标记所有仍然在使用的对象（即根对象能够访问到的对象），这些对象被认为是存活的。

• 这一阶段是并发执行的，垃圾回收器会并发地遍历程序中的对象，而程序本身的执行也会并发进行。标记过程会尽量减少暂停时间。

3. 清除阶段

• 清除阶段会扫描整个堆，将未被标记的对象回收。所有不再可达的对象都将被释放其内存，回收的内存将用于后续的分配。

• 这一阶段是串行的，会暂停程序的执行。在清除阶段，GC 会清理掉不再使用的内存，释放对象占用的堆空间。

4. 增量式和并发回收

为了避免长时间的停顿，Go 的垃圾回收器采用 增量式 和 并发回收 机制。

• 增量回收：标记和清除阶段被拆分成多个小步骤，减少每个步骤的停顿时间，允许程序继续执行。

• 并发回收：标记阶段是并发进行的，即 GC 会和应用程序并发执行，减少停顿时间。

5. 写屏障（Write Barrier）

在并发标记过程中，可能会发生对象的内存修改或者对象引用的改变。为了确保 GC 标记的准确性，Go 使用 写屏障 来跟踪内存中的所有对象引用，并保证在并发执行时不会遗漏任何引用。