一 概念基礎

1.1三色標記法將對象分為三類

把圖過程中遇到的對象，按“是否訪問過”這個條件標記成以下三種顏色：

白色對象（可能死亡）：未被回收器訪問到的對象。在回收開始階段，所有對象均為白色，當回收結束后，白色對象均不可達。

灰色對象（波面）：已被回收器訪問到的對象，但回收器需要對其中的一個或多個指針進行掃描，因為他們可能還指向白色對象。

黑色對象（確定存活）：已被回收器訪問到的對象，其中所有字段都已被掃描，黑色對象中任何一個指針都不可能直接指向白色對象。

1.2 標記過程

• 起初所有的對象都是白色的；
• 從根對象出發(fā)掃描所有可達對象，標記為灰色，放入待處理隊列；
• 從待處理隊列中取出灰色對象，將其引用的對象標記為灰色并放入待處理隊列中，自身標記為黑色；
• 重復步驟3，直到待處理隊列為空，此時白色對象即為不可達的“垃圾”，回收白色對象；
• 回收所有的白色對象，也就是回收垃圾

根對象

在垃圾回收的術語中又叫做根集合，它是垃圾回收器在標記過程時最先檢查的對象。

• 全局變量：程序在編譯期就能確定的那些存在于程序整個生命周期的變量。
• 執(zhí)行棧：每個 goroutine 都包含自己的執(zhí)行棧，這些執(zhí)行棧上包含棧上的變量及指向分配的堆內存區(qū)塊的指針。
• 寄存器：寄存器的值可能表示一個指針，參與計算的這些指針可能指向某些賦值器分配的堆內存區(qū)塊。

1.3 STW

STW（Stop The World）機制是指在進行垃圾回收時，會暫停應用程序的運行，以便進行垃圾回收操作。這意味著在進行垃圾回收時，應用程序將無法繼續(xù)執(zhí)行。

為什么需要STW

STW（Stop-The-World）機制來確保并發(fā)操作的正確性。

如果不設置STW機制，那么在進行GC時，應用程序線程可能會繼續(xù)執(zhí)行，從而導致內存管理的不一致性和錯誤。此外，GC可能會導致內存分配和釋放的不連續(xù)，從而導致內存碎片化問題。

因此，需要STW機制來確保GC的正確性和內存管理的一致性。雖然STW機制會導致一定的性能損失，但是這是必要的代價，以確保應用程序的正確性和穩(wěn)定性。

1.4 屏障機制

1.4.1強、弱三色不變式

強三色不變式：強制性的不允許黑色對象引用白色對象，只能引用灰色對象，這樣就不會出現(xiàn)白色對象被誤刪的情況。

弱三色不等式 ：
保護灰色對象到白色對象的路徑不會斷；

黑色對象可以引用白色對象，白色對象存在其他灰色對象對它的引用。
或可達它的鏈路上游存在灰色對象。這樣實則是黑色對象引用白色對象，白色對象處于一個被刪除的狀態(tài)，但是上游灰色對象的引用，可以保護白色對象，使其安全。

為了遵循上述兩種方式，GC算法演進到兩種屏障方式，“插入屏障”和“刪除屏障”。

1.4.2 插入屏障

在A對象引用B對象時，B對象被標記為灰色。（將B掛在A下游，B必須被標記為灰色）

滿足強三色不等式。

插入屏障機制在?？臻g的對象操作不使用，僅僅使用在堆空間對象的操作中。

1.4.3 刪除屏障

被刪除的對象，如果本身為灰色或白色，那么標記為灰色。

滿足弱三色不等式。

1.4.4 混合屏障

插入寫屏障和刪除寫屏障的缺點：

• 插入寫屏障：結束時需要STW來重新掃描棧，標記棧上引用的白色對象存活
• 刪除寫屏障：回收精度低，GC開始時STW掃描堆棧來記錄快照，這個過程會保護開始時刻的所有的存活對象。

Go1.8引入混合寫屏障機制，避免了對棧的重復掃描過程，極大減少了STW的時間。

• GC開始將棧上的對象全部掃描并標記為黑色（之后不再進行第二次重復掃描，無需STW）
• GC期間，任何在棧上創(chuàng)建的新對象，都標記為黑色
• 被刪除的對象標記為灰色
• 被添加的對象標記為灰色

二 GC過程

2.1 階段1：Mark Setup 標記準備

為了打開寫屏障，必須停止每個goroutine，讓垃圾收集器觀察并等待每個goroutine進行函數(shù)調用，等待函數(shù)調用是為了保證goroutine停止時處于安全點。（期間會STW）

2.2 階段2：Marking 標記

一旦寫屏障打開，垃圾收集器就開始標記階段。

標記階段需要標記在堆內存中仍然在使用中的值。首先檢查所有現(xiàn)goroutine的堆棧，以找到堆內存的根指針。然后收集器必須從那些根指針遍歷堆內存圖，標記可以回收的內存。

當存在新的內存分配時，會暫停分配內存過快的那些 goroutine，并將其轉去執(zhí)行一些輔助標記（Mark Assist）的工作，從而達到放緩繼續(xù)分配、輔助 GC 的標記工作的目的。

2.3階段3：Mark Termination 標記結束

這個階段會關閉掉階段1開啟的屏障，并計算下一次清理的目標和計劃。（本階段會STW）

2.4 階段4：Sweeping 清理

清理階段用于回收標記階段中標記出來的可回收內存。當應用程序goroutine嘗試在堆內存中分配新內存時，會觸發(fā)該操作，清理導致的延遲和吞吐量降低被分散到每次內存分配時。

本階段會并發(fā)執(zhí)行，清除前面標記出來需清理的內存。

以上就是詳解Golang的GC三色標記法的詳細內容，更多關于Golang GC 三色標記法的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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