Go GC

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Go1.5 标记删除(Mark and Sweep)

原理

  • 进入STW(Stop The World)阶段
  • 遍历整个heap，排查未被引用的对象，并标记；
  • 暂停STW
  • 执行Sweep清除

缺点

  • STW会让Go程序暂停，程序出现卡顿
  • 标记需要扫描整个heap
  • 清除数据会产生heap碎片

Go1.8 三色标记法 + 写入屏障

三色标记法

原理

  • 维护三个标记表：白色，灰色，黑色
  • 程序初始时，所有对象标记为白色
  • 从Root Set开发，每次只遍历一层，标记该层的对象为灰色（对象从白色表中移到灰色表）
  • 然后，以灰色标记表开始，遍历该表中的对象，将从这些对象开始的可达到对象（走一步），标记为灰色，同时灰色表中已经遍历过的对象，标记为黑色（对象从灰色表中移到黑色表）
  • 循环上一步，继续遍历灰色表，直到灰色表中无任何对象
  • 剩下的白色即为需要删除的对象

上述过程，仍然需要STW，否则会出现并发导致的引用关系错乱，导致资源被错误的GC删除

写入屏障

原理

  • 三色标记被破坏的情况有两种：

    1. 一个白色对象被黑色对象引用
    2. 灰色对象与它的可达白色对象关系遭到破坏（灰色同时丢失了该白色）

  • 谷歌提出了两个三色不变色：

    1. 强三色不变性：强制性不允许黑色引用白色
    2. 弱三色不变性：黑色可以引用白色，但白色对像存在其它灰色（可非直接上级节点）引用该白色对象

  • 只要三色不变色满足上述条件之一，即可解决三色标记必须使用STW问题

插入写屏障

插入屏障原理

  • 对堆对象，在对象被引用时触发，A引用B时，B对象标记为灰色
  • 对栈对象，对象被引用时，不触发该过程以避免该标记过程对程序性能的影响；
  • 此时在GC过程，遍历灰色表的过程，不需要STW，直到灰色表为空结束
  • 而此时栈上黑色对象可能引用白色对象，为解决这个问题，需要在上一步灰色表为空时，执行一些STW，并将栈上所有对象都标记为白色，并对这些对象重新执行一遍扫描；

缺点：在结束时，还需要额外扫描一次栈上的对象引用链，这会引入10-100ms；

删除屏障原理

  • 被删除对象，如果自身为灰色或白色，则会被标记为灰色；
  • 该过程是满足弱三色不变式，保证灰色对象到白色对象的路径不会断；

缺点：被删除对象，当前这一轮GC不会被删掉（因为会被转换成黑色），但会在下轮GC中删掉；

混合写屏障

原理

  • GC开始时，扫描栈上的可达对象全部标记为黑色（期间不需要STW）
  • GC期间，任何在栈上创建的新对象，均为黑色
  • 被删除对象，被标记为灰色
  • 被添加的对象标记为灰色

满足变形的弱三色不变色，混合了插入，删除写屏障的优点