golang 垃圾回收（四） - 刪除寫屏障

這篇講刪除寫屏障，續(xù)接上幾篇 golang 垃圾回收的梳理：

• golang 垃圾回收 （一）概述篇
  
• golang 垃圾回收（二）屏障技術(shù)
  
• golang 垃圾回收（三）插入寫屏障
  

這篇講刪除寫屏障（為了知識的完整性），首先聲明，golang 沒有直接實(shí)現(xiàn)過刪除寫屏障，golang 的內(nèi)存寫屏障是由插入寫屏障到混合寫屏障過渡的。不過，雖然 golang 從來沒有直接使用刪除寫屏障，但是混合寫屏障卻用到了刪除寫屏障的思路。

刪除寫屏障：也叫做基于其實(shí)快照的解決方案（snapshot-at-the-begining）。顧名思義，就是在開始 gc 之前，必須 STW ，對整個根做一次起始快照。當(dāng)賦值器（業(yè)務(wù)線程）從灰色或者白色對象中刪除白色指針時候，寫屏障會捕捉這一行為，將這一行為通知給回收器。這樣，基于起始快照的解決方案保守地將其目標(biāo)對象當(dāng)作存活的對象，這樣就絕對不會有被誤回收的對象，但是有掃描工作量浮動放大的風(fēng)險(xiǎn)。術(shù)語叫做追蹤波面的回退。

刪除寫屏障（基于起始快照的寫屏障）有一個前提條件，就是起始的時候，把整個根部掃描一遍，讓所有的可達(dá)對象全都在灰色保護(hù)下（根黑，下一級在堆上的全灰），之后利用刪除寫屏障捕捉內(nèi)存寫操作，確保弱三色不變式不被破壞，就可以保證垃圾回收的正確性。

偽代碼如下：

atomic Write(src, i, ref)    shade(src[i])    src[i] <- ref

復(fù)習(xí)一下一些概念：

賦值器的顏色

• 灰色賦值器：如果某一個賦值器尚未被回收器掃描過（即賦值器的根還沒有被追蹤到），或者盡管被掃描過，但是還需要重新掃描
• golang 插入寫屏障的時期，就是灰色賦值器
• 黑色賦值器：已經(jīng)被回收器掃描過，不會再對其進(jìn)行掃描

插入寫屏障對應(yīng)的是灰色賦值器，刪除寫屏障對應(yīng)的是黑色賦值器。

三色不變式

• 強(qiáng)三色：不允許黑色對象指向白色對象
• 弱三色：允許黑色對象指向白色對象，但必須保證一個前提，這個白色對象必須處于灰色對象的保護(hù)下

強(qiáng)三色不變式的框架下：要求黑色賦值器的根只能引用灰色或者黑色對象，不能引用白色對象（因?yàn)楹谏x值器不再被掃描，引用白色）。

弱三色不變式的框架下：允許黑色賦值器的根引用白色對象，但前提是白色對象必須處于灰色保護(hù)下。

獲取賦值器的快照，意味著回收器需要掃描其根并將其置為黑色。我們必須在回收起始階段完成賦值器快照的獲取，并保證其不持有任何白色對象。否則一旦賦值器持有某白色對象的唯一引用并將其寫入黑色對象，然后再拋棄該指針，則會違背弱三色不變式的要求。當(dāng)然，為黑色對象增加寫屏障可以捕捉這一內(nèi)存寫操作，但如此一來，該方案將退化到強(qiáng)三色不變式的框架下。因此，基于其實(shí)快照的解決方案將只允許黑色賦值器的存在。

刪除寫屏障怎么保證弱三色不變式，如下示意圖：

我們看到第三張圖顯示，黑色指向白色沒問題，只要最后 delete 指針的時候 Z 對象置灰色，那么回收的正確性就可以保證。

總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn)：

1. 黑色可以指向白色，但是必須保證一個前提，該白色對象處于灰色保護(hù)鏈下
2. 起始賦值器必須打快照，賦值器（根）掃描完成變成黑色，確保前提條件：所有對象都在灰色保護(hù)鏈下
3. 插入寫屏障對應(yīng)的是灰色賦值器，刪除寫屏障對應(yīng)的是黑色賦值器

推薦閱讀

• golang 垃圾回收（三）插入寫屏障