七天入门Go语言 GC垃圾回收三色标记 | 第七天

Posted 2021-09-06 小生凡一

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GC

GC全称Garbage Collection

目前主流的垃圾回收算法有两类，分别是追踪式垃圾回收算法（Tracing garbage collection）和引用计数法（ Reference counting ）。
而三色标记法是属于追踪式垃圾回收算法的一种。

追踪式算法的核心思想是判断一个对象是否可达，因为一旦这个对象不可达就可以立刻被 GC 回收了。

那么如何判断一个对象是否可达呢？
分为两步：

• 第一步找出所有的全局变量和当前函数栈里的变量，标记为可达。
• 第二步，从已经标记的数据开始，进一步标记它们可访问的变量，周而复始，这一过程也叫传递闭包。

在go推出三色标记法之前，go所使用的gc算法叫Mark-And-Sweep（标记清扫）

这个算法就是严格按照追踪式算法的思路来实现的。

1. 先设置一个标志位来记录对象是否被使用，最开始所有的标记位都是 0。
2. 如果发现对象是可达的就会置为1，一步步下去就会呈现一个类似树状的结果。
3. 等标记的步骤完成后，会将没有被标记的对象统一清理，再次把所有的标记位设置成 0， 以便下次进行清理。

这个算法最大的问题是 GC 执行期间需要把整个程序完全暂停，不能异步进行GC操作。因为在不同阶段标记清扫法的标志位 0 和 1 有不同的含义，那么新增的对象无论标记为什么都有可能意外删除这个对象。对实时性要求高的系统来说，这种需要长时间挂起的标记清扫法是不可接受的。所以就需要一个算法来解决 GC 运行时程序长时间挂起的问题，那就三色标记法。

三色标记法

三色标记法是传统 Mark-Sweep 的一个改进，它是一个并发的 GC 算法。on-the-fly

原理如下

• 整个进程空间里申请每个对象占据的内存可以视为一个图， 初始状态下每个内存对象都是白色标记。
• 先stop the world，将扫描任务作为多个并发的goroutine立即入队给调度器，进而被CPU处理，第一轮先扫描所有可达的内存对象，标记为灰色放入队列
• 第二轮可以恢复start the world，将第一步队列中的对象引用的对象置为灰色加入队列，一个对象引用的所有对象都置灰并加入队列后，这个对象才能置为黑色并从队列之中取出。循环往复，最后队列为空时，整个图剩下的白色内存空间即不可到达的对象，即没有被引用的对象；
• 第三轮再次stop the world，将第二轮过程中新增对象申请的内存进行标记（灰色），这里使用了writebarrier（写屏障）去记录这些内存的身份；

这个算法可以实现 on-the-fly，也就是在程序执行的同时进行收集，并不需要暂停整个程序。

简化步骤如下：

1、首先创建三个集合：白、灰、黑。

2、将所有对象放入白色集合中。

3、然后从根节点开始遍历所有对象（注意这里并不递归遍历），把遍历到的对象从白色集合放入灰色集合。

因为root set 指向了A、F，所以从根结点开始遍历的是A、F，所以是把A、F放到灰色集合中。

4、之后遍历灰色集合，将灰色对象引用的对象从白色集合放入灰色集合，之后将此灰色对象放入黑色集合
我们可以发现这个A指向了B，C，D所以也就是把BCD放到灰色中，把A放到黑色中，而F没有指任何的对象，所以直接放到黑色中。

5、重复 4 直到灰色中无任何对象

因为D指向了A所以D也放到了黑色中，而B和C能放到黑色集合中的道理和F一样，已经没有了可指向的对象了。

6、通过write-barrier检测对象有无变化，重复以上操作

由于这个EGH并没有和RootSet有直接或是间接的关系，所以就会被清除。

7、收集所有白色对象（垃圾）

所以我们可以看出这里的情况，只要是和root set根集合直接相关的对象或是间接相关的对象都不会被清楚。只有不相关的才会被回收。

参考文档：

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一张图讲解GC
关于write-barrier写屏障

最后

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