Go GC 簡介

GC 與 mutator 線程并發(fā)運行，允許多個 GC 線程并行運行

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GC 是一個使用寫屏障的并發(fā)標記和清除。

GC 是非分代的，非緊湊的。

Allocation 是按照大小隔離每個 P 分配的區(qū)域來完成的，以在消除常見情況下的鎖的同時，最小化碎片。

了解 GC 的好地方，可以從 Richard Jones 的 gchandbook.org 開始。

1. GC 執(zhí)行清除終止

? a. Stop the world ，這將導致所有 P 達到 GC 安全點。

? b. 清除任何未清除過的 spans ，只有在預期時間之前強制執(zhí)行此 GC 周期時，才會有未清除的 span 。

2. GC 執(zhí)行標記階段

? a.?? 準備標記階段，將 gcphase 設置為 _GCmark （從 _GCoff 開始），啟用寫屏障，啟用 mutator assist ，并對根標記作業(yè)進行排隊。

在所有 P 都啟用寫屏障之前，不會掃描任何對象，這是使用 STW 完成的。

? ?b. Start the world ，從現(xiàn)在開始，GC 工作由調度器啟動的 標記worker 和作 為 allocation 的一部分執(zhí)行的 assists 來完成。

寫屏障將覆寫的指針和任何指針寫的新指針值都著色。

新分配的對象立即被標記為黑色。

? c.?? GC 執(zhí)行根標記作業(yè)。包括： 掃描所有棧 ， 著色所有全局變量 ，以及 著色堆外運行時數(shù)據(jù)結構中的任何堆指針 。

掃描棧會停止goroutine，對goroutine棧中找到的任何指針進行著色，然后恢復goroutine。

? ? d.?? GC 耗盡灰色對象的工作隊列，將每個 灰色 對象掃描為 黑色 ，并對在該對象中找到的所有指針進行著色（反過來可能會將這些指針添加到工作隊列中）。

? ?e.?? 由于 GC work 分散在本地緩存中，因此 GC 使用 分布式終止算法 來檢測何時不再有根標記作業(yè)或灰色對象（參見 gcMarkDone 函數(shù)）。

此時，GC 狀態(tài)轉換到標記終止（ gcMarkTermination ）。

3. GC 執(zhí)行標記終止 gcMarkTermination

? a. Stop the world

? b. 將 gcphase 設置為 _GCmarktermination ，并禁用 workers 和 assists。

? c. 進行內務整理，如 flushing mcaches

4. GC 執(zhí)行清除階段

? ?a. 準備清除階段，將 gcphase 設置為 _GCoff ，設置清除狀態(tài)并禁用寫屏障。

? b. Start the world ，從現(xiàn)在開始，新分配的對象是白色的，如有必要，在使用 spans 前 allocating 清除 spans 。

? ?c. GC 在后臺進行 并發(fā)清除 并響應 allocation ，見下面的描述。

5. 當分配足夠時，重復上面 1 開始的步驟，參見下面關于 GC rate 的討論。

清除階段與正常程序執(zhí)行并發(fā)進行。

在后臺 goroutine 中，堆被惰性（當 goroutine 需要另一個 span 時）且并發(fā)地逐個 span 掃描（這有助于不是 CPU bound 的程序）。

在 STW 標記終止 的結尾，所有的 span 都被標記為 需要清除 。

后臺清除器 goroutine 簡單地逐個清除 span 。

為了避免在存在未清除的 span 時請求更多的 OS內存 ，當 goroutine 需要另一個 span 時，它首先嘗試通過清除來回收這些內存。

當 goroutine 需要分配一個新的 小對象span 時，它會清除相同大小的小對象 span ，直到釋放至少一個對象為止。

當 goroutine 需要從堆中分配 大對象span 時，它會清除 span ，直到將至少那么多頁面釋放到堆中。

有一種情況，這可能是不夠的：如果 goroutine 清除并釋放兩個不相鄰的 單頁span 到堆中，那么它將分配一個新的 雙頁span ，但是仍然可以有其他 單頁未清除的span ，可以組合成 雙頁的span 。

確保在未清除的 span 上不進行任何操作（這會破壞 GC 位圖中的標記位）至關重要。

在 GC 期間，所有 mcache 都被刷新到 中央緩存 中，因此它們是空的。

當一個 goroutine 抓取一個新的 span 到 mcache 時， goroutine 會清除 mcache 。

當 goroutine 顯式釋放對象或設置 finalizer 時，goroutine 確保 span 已經清除（通過清除或者等待并發(fā)清除完成）。

finalizer goroutine 僅在所有 span 已經清除時才開始。

當下一次 GC 啟動時，它將清除所有尚未清除的 span （如果有的話）。

下一次 GC 是在我們分配了與已經使用的內存成正比的額外內存量之后。

該比例由 GOGC 環(huán)境變量控制（默認為 100 ）。

如果 GOGC=100 ，而我們使用的是 4M ，那么當達到 8M 時，我們將再次進行 GC（此標記在 next_gc 變量中被跟蹤）。

獲取 GOGC ：

這使得 GC成本 與 allocation 成本 成線性比例。

調整 GOGC 只會改變線性常量（以及使用的額外內存量）。

為了防止在掃描大型對象時出現(xiàn)長時間的暫停，并提高并行性，垃圾收集器將大于 maxObletBytes 的對象的掃描作業(yè)分解為最多 maxObletBytes 的 oblets 。

當掃描遇到大對象時，它只掃描第一個 oblet ，并將其余 oblets 作為新的掃描作業(yè)排隊。

Go 語言三色標記掃描對象是 DFS 還是 BFS?

最近在看左神新書 《Go 語言設計與實現(xiàn)》的垃圾收集器時產生一個疑惑，花了點時間搞清楚了記錄一下。

Go 語言垃圾回收的實現(xiàn)使用了標記清除算法，將對象的狀態(tài)抽象成黑色（活躍對象）、灰色（活躍對象中間狀態(tài)）、白色（潛在垃圾對象也是所有對象的默認狀態(tài)）三種，注意沒有具體的字段標記顏色。

整個標記過程就是把白色對象標黑的過程：

1.首先將 ROOT 根對象（包括全局變量、goroutine 棧上的對象等）放入到灰色集合

2.選一個灰色對象，標成黑色，將所有可達的子對象放入到灰色集合

3.重復2的步驟，直到灰色集合中為空

下圖是書上的插圖，看上去是一個典型的深度優(yōu)先搜索的算法。

下圖是劉丹冰寫的《Golang 修養(yǎng)之路》的插圖，看上去是一個典型的廣度優(yōu)先搜索的算法。

我疑惑的點在于這個標記過程是深度優(yōu)先算法還是廣度優(yōu)先算法，因為很多文章博客對此都沒有很清楚的說明，作為學習者這種細節(jié)其實也不影響對整個 GC 流程的理解，但是這種細節(jié)我非常喜歡扣：）

對著書和源碼摸索著大致找到了一個結果是深度優(yōu)先。下面看下大致的過程，源碼基于1.15.2版本：

gcStart 是 Go 語言三種條件觸發(fā) GC 的共同入口

啟動后臺標記任務

為每個處理器創(chuàng)建用于執(zhí)行后臺標記任務的 Goroutine

上面休眠的 G 會在調度循環(huán)中檢查并喚醒執(zhí)行

執(zhí)行標記

gcw 是每個 P 獨有的所以不用擔心并發(fā)的問題 和 GMP、mcache 一樣設計，減少鎖競爭

嘗試在全局列表中獲取一個不為空的 buf

這是官方實現(xiàn)的無鎖隊列：）漲見識了，for 循環(huán)加原子操作實現(xiàn)棧的 pop

到這里從灰色集合中獲取待掃描的對象邏輯說完了。找到對象了接著就是 scanobject(b, gcw) 了，里面有兩段邏輯要注意

根據(jù)索引位置找到對象進行標色

嘗試存入 gcwork 的緩存中，或全局隊列中

無鎖隊列，for 循環(huán)加原子操作實現(xiàn)棧的 push

到這里把灰色對象標黑就完成了，又放回灰色集合接著掃下一個指針。

Go 語言設計與實現(xiàn) 垃圾收集器

Golang三色標記+混合寫屏障GC模式全分析

go的垃圾回收算法

從Gov1.12版本開始，Go使用了非分代的、并發(fā)的、基于三色標記清除的垃圾回收器。

關于垃圾回收，比較常見的算法有引用計數(shù)、標記清除和分代收集，Golang語言使用的垃圾回收算法是標記清除。

Golang語言的標記清除垃圾回收算法，為了防止GC掃描時內存變化引起的混亂。那么就需要 STW，即Stop The World。具體在Golang語言中是指，在GC時先停止所有goroutine。再進行垃圾回收，等待垃圾回收結束后再恢復所有被停止的goroutine。

標記清除方法

啟動STW，暫停程序的業(yè)務邏輯，找出不可達對象和可達對象。

將所有可達對象做標記，清除未標記的對象。停止STW，程序繼續(xù)執(zhí)行。循環(huán)往復，直到進程程序生命周期結束。因為STW需要暫停程序，為了減少暫停程序的時間。將清除操作移出 STW執(zhí)行周期，但是優(yōu)化效果不明顯。

所謂三色標記，實際上只是為了方便敘述而抽象出來的一種說法，三色對應垃圾回收過程中對象的三種狀態(tài)。白色是對象未被標記，gcmarkBits對應位為0，該對象將會在本次GC中被清理。灰色是對象還在標記隊列中等待被標記，黑色是對象已被標記，gcmarkBits對應位為0，該對象將會在本次 GC中被回收。

網頁名稱：go語言gc狀態(tài)收集 go的gc對比java 的gc
路徑分享：http://chinadenli.net/article8/dodoiip.html

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