『每周譯Go』golang 垃圾回收器如何標(biāo)記內(nèi)存？
本文基于 Go 1.13。這里討論的關(guān)于內(nèi)存管理的概念在我的文章Go:內(nèi)存管理和分配 中有解釋
Go 垃圾回收器負(fù)責(zé)回收不再使用的內(nèi)存。實現(xiàn)的算法是一個并行的三色標(biāo)記掃描采集器。在本文中，我們將詳細(xì)了解標(biāo)記階段，以及不同顏色的用法。
您可以在 kenfox 的可視化垃圾回收算法 中找到關(guān)于不同類型垃圾回收器的更多信息。
標(biāo)記階段
此階段執(zhí)行內(nèi)存掃描，以了解代碼仍在使用哪些塊，以及應(yīng)該回收哪些塊。
但是，由于垃圾回收器可以與我們的 Go 程序同時運行，因此它需要一種在掃描時檢測內(nèi)存中潛在變化的方法。為了解決這個潛在的問題，實現(xiàn)了一個寫屏障算法，允許 Go 跟蹤任何指針的變化。啟用寫屏障的唯一條件是短時間停止程序，也稱為 “STW”：
在進(jìn)程開始時，Go 還會為每個處理器啟動一個標(biāo)記輔助進(jìn)程，以幫助標(biāo)記內(nèi)存。
然后，一旦根節(jié)點被排隊等待處理，標(biāo)記階段就可以開始遍歷內(nèi)存并為其著色。
現(xiàn)在讓我們以一個簡單的程序為例，該程序允許我們遵循標(biāo)記階段所做的步驟
Type struct1 struct {
a, b int64
c, d float64
e *struct2
}
type struct2 struct {
f, g int64
h, i float64
}
func main() {
s1 := allocStruct1()
s2 := allocStruct2()
func () {
_ = allocStruct2()
}()
runtime.GC()
fmt.Printf("s1 = %X, s2 = %X\n", &s1, &s2)
}
//go:noinline
func allocStruct1() *struct1 {
return &struct1{
e: allocStruct2(),
}
}
//go:noinline
func allocStruct2() *struct2 {
return &struct2{}
}
由于 struct subStruct 不包含任何指針，因此它存儲在一個專用于對象的范圍中，而不引用其他對象：
這使得垃圾回收器的工作更容易，因為它在標(biāo)記內(nèi)存時不必掃描這個范圍。
一旦分配完成，我們的程序就會強(qiáng)制垃圾回收器運行一個周期。以下是工作流程：
垃圾回收器從堆棧開始標(biāo)記，然后跟著指針遞歸遍歷內(nèi)存。直到對象都被標(biāo)記時停止掃描。然而，這個過程不是在同一個 goroutine 中完成的 完成的；每個指針都在工作池中排隊。然后 ，后臺的標(biāo)記線程發(fā)現(xiàn)之前的出列隊列是來自該工作池，掃描對象，然后將在其中找到的指針加入隊列：
著色!
后臺線程現(xiàn)在需要一種方法來跟蹤哪些內(nèi)存有沒有被掃描。垃圾回收器使用三色算法，其工作原理如下：
所有對象一開始都被認(rèn)為是白色的
根對象（堆棧、堆、全局變量）將以灰色顯示
完成此主要步驟后，垃圾回收器將：
選擇一個灰色的對象，把它涂成黑色
遵循此對象的所有指針并將所有引用的對象涂成灰色
然后，它將重復(fù)這兩個步驟，直到?jīng)]有更多的對象要著色。從這一點來看，對象不是黑色就是白色。白色集合表示未被任何其他對象引用且準(zhǔn)備好回收的對象。
下面是使用上一個示例對其進(jìn)行的表示：
作為第一種狀態(tài)，所有對象都被視為白色。然后，對象被遍歷，可到達(dá)的對象將變?yōu)榛疑Ｈ绻麑ο笪挥跇?biāo)記為 “無掃描” 的范圍內(nèi)，則可以將其繪制為黑色，因為不需要對其進(jìn)行掃描：
灰色對象現(xiàn)在入隊等待掃描并變黑：
在沒有更多的對象要處理之前，入隊的對象也會發(fā)生同樣的情況：
在進(jìn)程結(jié)束時，黑色對象是內(nèi)存中正在使用的對象，而白色對象是要回收的對象。如我們所見，由于 struct2 的實例是在匿名函數(shù)中創(chuàng)建的，并且無法從堆棧訪問，因此它保持為白色，可以清除。
由于每個跨度中有一個名為 gcmarkBits 的位圖屬性，顏色在內(nèi)部實現(xiàn)，該屬性跟蹤掃描，并將相應(yīng)的位設(shè)置為 1：
正如我們所見，黑色和灰色的工作原理是一樣的。這一過程的不同之處在于，當(dāng)黑色對象結(jié)束掃描鏈時，灰色對象排隊等待掃描。
垃圾回收器最終會 stops the world，將每個寫屏障上所做的更改刷新到工作池，并執(zhí)行剩余的標(biāo)記。
您可以在我的文章Go:垃圾回收器如何監(jiān)視您的應(yīng)用程序 中找到有關(guān)并發(fā)進(jìn)程和垃圾回收器中標(biāo)記階段的更多詳細(xì)信息
運行時分析器
Go 提供的工具允許我們可視化所有這些步驟，并在程序中查看垃圾回收器的影響。在啟用跟蹤的情況下運行我們的代碼提供了前面步驟的一個大圖。以下是 traces：
標(biāo)記線程的生命周期也可以在 goroutine 級別的 tracer 中可視化。下面是 goroutine#33 的示例，它在開始標(biāo)記內(nèi)存之前先在后臺等待。
