Go GC 簡(jiǎn)介

GC 與 mutator 線程并發(fā)運(yùn)行，允許多個(gè) GC 線程并行運(yùn)行

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GC 是一個(gè)使用寫屏障的并發(fā)標(biāo)記和清除。

GC 是非分代的，非緊湊的。

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

了解 GC 的好地方，可以從 Richard Jones 的 gchandbook.org 開(kāi)始。

1. GC 執(zhí)行清除終止

? a. Stop the world ，這將導(dǎo)致所有 P 達(dá)到 GC 安全點(diǎn)。

? b. 清除任何未清除過(guò)的 spans ，只有在預(yù)期時(shí)間之前強(qiáng)制執(zhí)行此 GC 周期時(shí)，才會(huì)有未清除的 span 。

2. GC 執(zhí)行標(biāo)記階段

? a.?? 準(zhǔn)備標(biāo)記階段，將 gcphase 設(shè)置為 _GCmark （從 _GCoff 開(kāi)始），啟用寫屏障，啟用 mutator assist ，并對(duì)根標(biāo)記作業(yè)進(jìn)行排隊(duì)。

在所有 P 都啟用寫屏障之前，不會(huì)掃描任何對(duì)象，這是使用 STW 完成的。

? ?b. Start the world ，從現(xiàn)在開(kāi)始，GC 工作由調(diào)度器啟動(dòng)的 標(biāo)記worker 和作 為 allocation 的一部分執(zhí)行的 assists 來(lái)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(duì)象立即被標(biāo)記為黑色。

? c.?? GC 執(zhí)行根標(biāo)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(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的任何堆指針 。

掃描棧會(huì)停止goroutine，對(duì)goroutine棧中找到的任何指針進(jìn)行著色，然后恢復(fù)goroutine。

? ? d.?? GC 耗盡灰色對(duì)象的工作隊(duì)列，將每個(gè) 灰色 對(duì)象掃描為 黑色 ，并對(duì)在該對(duì)象中找到的所有指針進(jìn)行著色（反過(guò)來(lái)可能會(huì)將這些指針添加到工作隊(duì)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(lái)檢測(cè)何時(shí)不再有根標(biāo)記作業(yè)或灰色對(duì)象（參見(jiàn) gcMarkDone 函數(shù)）。

此時(shí)，GC 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到標(biāo)記終止（ gcMarkTermination ）。

3. GC 執(zhí)行標(biāo)記終止 gcMarkTermination

? a. Stop the world

? b. 將 gcphase 設(shè)置為 _GCmarktermination ，并禁用 workers 和 assists。

? c. 進(jìn)行內(nèi)務(wù)整理，如 flushing mcaches

4. GC 執(zhí)行清除階段

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

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

? ?c. GC 在后臺(tái)進(jìn)行 并發(fā)清除 并響應(yīng) allocation ，見(jiàn)下面的描述。

5. 當(dāng)分配足夠時(shí)，重復(fù)上面 1 開(kāi)始的步驟，參見(jiàn)下面關(guān)于 GC rate 的討論。

清除階段與正常程序執(zhí)行并發(fā)進(jìn)行。

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

在 STW 標(biāo)記終止 的結(jié)尾，所有的 span 都被標(biāo)記為 需要清除 。

后臺(tái)清除器 goroutine 簡(jiǎn)單地逐個(gè)清除 span 。

為了避免在存在未清除的 span 時(shí)請(qǐng)求更多的 OS內(nèi)存 ，當(dāng) goroutine 需要另一個(gè) span 時(shí)，它首先嘗試通過(guò)清除來(lái)回收這些內(nèi)存。

當(dāng) goroutine 需要分配一個(gè)新的 小對(duì)象span 時(shí)，它會(huì)清除相同大小的小對(duì)象 span ，直到釋放至少一個(gè)對(duì)象為止。

當(dāng) goroutine 需要從堆中分配 大對(duì)象span 時(shí)，它會(huì)清除 span ，直到將至少那么多頁(yè)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(gè)不相鄰的 單頁(yè)span 到堆中，那么它將分配一個(gè)新的 雙頁(yè)span ，但是仍然可以有其他 單頁(yè)未清除的span ，可以組合成 雙頁(yè)的span 。

確保在未清除的 span 上不進(jìn)行任何操作（這會(huì)破壞 GC 位圖中的標(biāo)記位）至關(guān)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(dāng)一個(gè) goroutine 抓取一個(gè)新的 span 到 mcache 時(shí)， goroutine 會(huì)清除 mcache 。

當(dāng) goroutine 顯式釋放對(duì)象或設(shè)置 finalizer 時(shí)，goroutine 確保 span 已經(jīng)清除（通過(guò)清除或者等待并發(fā)清除完成）。

finalizer goroutine 僅在所有 span 已經(jīng)清除時(shí)才開(kāi)始。

當(dāng)下一次 GC 啟動(dòng)時(shí)，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(jīng)使用的內(nèi)存成正比的額外內(nèi)存量之后。

該比例由 GOGC 環(huán)境變量控制（默認(rèn)為 100 ）。

如果 GOGC=100 ，而我們使用的是 4M ，那么當(dāng)達(dá)到 8M 時(shí)，我們將再次進(jìn)行 GC（此標(biāo)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(diào)整 GOGC 只會(huì)改變線性常量（以及使用的額外內(nèi)存量）。

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

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

Go 語(yǔ)言三色標(biāo)記掃描對(duì)象是 DFS 還是 BFS?

最近在看左神新書 《Go 語(yǔ)言設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》的垃圾收集器時(shí)產(chǎn)生一個(gè)疑惑，花了點(diǎn)時(shí)間搞清楚了記錄一下。

Go 語(yǔ)言垃圾回收的實(shí)現(xiàn)使用了標(biāo)記清除算法，將對(duì)象的狀態(tài)抽象成黑色（活躍對(duì)象）、灰色（活躍對(duì)象中間狀態(tài)）、白色（潛在垃圾對(duì)象也是所有對(duì)象的默認(rèn)狀態(tài)）三種，注意沒(méi)有具體的字段標(biāo)記顏色。

整個(gè)標(biāo)記過(guò)程就是把白色對(duì)象標(biāo)黑的過(guò)程：

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

2.選一個(gè)灰色對(duì)象，標(biāo)成黑色，將所有可達(dá)的子對(duì)象放入到灰色集合

3.重復(fù)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(gè)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(gè)典型的廣度優(yōu)先搜索的算法。

我疑惑的點(diǎn)在于這個(gè)標(biāo)記過(guò)程是深度優(yōu)先算法還是廣度優(yōu)先算法，因?yàn)楹芏辔恼虏┛蛯?duì)此都沒(méi)有很清楚的說(shuō)明，作為學(xué)習(xí)者這種細(xì)節(jié)其實(shí)也不影響對(duì)整個(gè) GC 流程的理解，但是這種細(xì)節(jié)我非常喜歡扣：）

對(duì)著書和源碼摸索著大致找到了一個(gè)結(jié)果是深度優(yōu)先。下面看下大致的過(guò)程，源碼基于1.15.2版本：

gcStart 是 Go 語(yǔ)言三種條件觸發(fā) GC 的共同入口

啟動(dòng)后臺(tái)標(biāo)記任務(wù)

為每個(gè)處理器創(chuàng)建用于執(zhí)行后臺(tái)標(biāo)記任務(wù)的 Goroutine

上面休眠的 G 會(huì)在調(diào)度循環(huán)中檢查并喚醒執(zhí)行

執(zhí)行標(biāo)記

gcw 是每個(gè) P 獨(dú)有的所以不用擔(dān)心并發(fā)的問(wèn)題 和 GMP、mcache 一樣設(shè)計(jì)，減少鎖競(jìng)爭(zhēng)

嘗試在全局列表中獲取一個(gè)不為空的 buf

這是官方實(shí)現(xiàn)的無(wú)鎖隊(duì)列：）漲見(jiàn)識(shí)了，for 循環(huán)加原子操作實(shí)現(xiàn)棧的 pop

到這里從灰色集合中獲取待掃描的對(duì)象邏輯說(shuō)完了。找到對(duì)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(duì)象進(jìn)行標(biāo)色

嘗試存入 gcwork 的緩存中，或全局隊(duì)列中

無(wú)鎖隊(duì)列，for 循環(huán)加原子操作實(shí)現(xiàn)棧的 push

到這里把灰色對(duì)象標(biāo)黑就完成了，又放回灰色集合接著掃下一個(gè)指針。

Go 語(yǔ)言設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 垃圾收集器

Golang三色標(biāo)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(kāi)始，Go使用了非分代的、并發(fā)的、基于三色標(biāo)記清除的垃圾回收器。

關(guān)于垃圾回收，比較常見(jiàn)的算法有引用計(jì)數(shù)、標(biāo)記清除和分代收集，Golang語(yǔ)言使用的垃圾回收算法是標(biāo)記清除。

Golang語(yǔ)言的標(biāo)記清除垃圾回收算法，為了防止GC掃描時(shí)內(nèi)存變化引起的混亂。那么就需要 STW，即Stop The World。具體在Golang語(yǔ)言中是指，在GC時(shí)先停止所有g(shù)oroutine。再進(jìn)行垃圾回收，等待垃圾回收結(jié)束后再恢復(fù)所有被停止的goroutine。

標(biāo)記清除方法

啟動(dòng)STW，暫停程序的業(yè)務(wù)邏輯，找出不可達(dá)對(duì)象和可達(dá)對(duì)象。

將所有可達(dá)對(duì)象做標(biāo)記，清除未標(biāo)記的對(duì)象。停止STW，程序繼續(xù)執(zhí)行。循環(huán)往復(fù)，直到進(jìn)程程序生命周期結(jié)束。因?yàn)镾TW需要暫停程序，為了減少暫停程序的時(shí)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(biāo)記，實(shí)際上只是為了方便敘述而抽象出來(lái)的一種說(shuō)法，三色對(duì)應(yīng)垃圾回收過(guò)程中對(duì)象的三種狀態(tài)。白色是對(duì)象未被標(biāo)記，gcmarkBits對(duì)應(yīng)位為0，該對(duì)象將會(huì)在本次GC中被清理。灰色是對(duì)象還在標(biāo)記隊(duì)列中等待被標(biāo)記，黑色是對(duì)象已被標(biāo)記，gcmarkBits對(duì)應(yīng)位為0，該對(duì)象將會(huì)在本次 GC中被回收。

網(wǎng)頁(yè)名稱：go語(yǔ)言gc狀態(tài)收集 go的gc對(duì)比java 的gc
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