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go語(yǔ)言不需要手動(dòng)管理內(nèi)存；go語(yǔ)言內(nèi)置內(nèi)存管理功能（GC機(jī)制），是一種自動(dòng)內(nèi)存管理的機(jī)制。當(dāng)程序向操作系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存不再需要時(shí)，垃圾回收主動(dòng)將其回收并供其他代碼進(jìn)行內(nèi)存申請(qǐng)時(shí)候復(fù)用，或者將其歸還給操作系統(tǒng)，這種針對(duì)內(nèi)存級(jí)別資源的自動(dòng)回收過程，即為垃圾回收；而負(fù)責(zé)垃圾回收的程序組件，即為垃圾回收器。
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本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、GO 1.18版本、Dell G3電腦。
go語(yǔ)言不需要手動(dòng)管理內(nèi)存；go語(yǔ)言內(nèi)置內(nèi)存管理功能（GC機(jī)制），開發(fā)者不需要關(guān)心內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放,這樣為使用者帶來極大的便利。
什么是GC，又有什么用？
GC，全稱 Garbage Collection，即垃圾回收，是一種自動(dòng)內(nèi)存管理的機(jī)制。
當(dāng)程序向操作系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存不再需要時(shí)，垃圾回收主動(dòng)將其回收并供其他代碼進(jìn)行內(nèi)存申請(qǐng)時(shí)候復(fù)用，或者將其歸還給操作系統(tǒng)，這種針對(duì)內(nèi)存級(jí)別資源的自動(dòng)回收過程，即為垃圾回收。而負(fù)責(zé)垃圾回收的程序組件，即為垃圾回收器。
垃圾回收其實(shí)一個(gè)完美的 “Simplicity is Complicated” 的例子。一方面，程序員受益于 GC，無(wú)需操心、也不再需要對(duì)內(nèi)存進(jìn)行手動(dòng)的申請(qǐng)和釋放操作，GC 在程序運(yùn)行時(shí)自動(dòng)釋放殘留的內(nèi)存。另一方面，GC 對(duì)程序員幾乎不可見，僅在程序需要進(jìn)行特殊優(yōu)化時(shí)，通過提供可調(diào)控的 API，對(duì) GC 的運(yùn)行時(shí)機(jī)、運(yùn)行開銷進(jìn)行把控的時(shí)候才得以現(xiàn)身。
在計(jì)算中，內(nèi)存空間包含兩個(gè)重要的區(qū)域：棧區(qū) (Stack) 和堆區(qū) (Heap)；棧區(qū)一般存儲(chǔ)了函數(shù)調(diào)用的參數(shù)、返回值以及局部變量，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，由編譯器管理，無(wú)需開發(fā)者管理；而堆區(qū)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，在 Go 語(yǔ)言中堆區(qū)的對(duì)象由內(nèi)存分配器分配并由垃圾收集器回收
通常，垃圾回收器的執(zhí)行過程被劃分為兩個(gè)半獨(dú)立的組件：
-
賦值器（Mutator）：這一名稱本質(zhì)上是在指代用戶態(tài)的代碼。因?yàn)閷?duì)垃圾回收器而言，用戶態(tài)的代碼僅僅只是在修改對(duì)象之間的引用關(guān)系，也就是在對(duì)象圖（對(duì)象之間引用關(guān)系的一個(gè)有向圖）上進(jìn)行操作。
-
回收器（Collector）：負(fù)責(zé)執(zhí)行垃圾回收的代碼。
GC中的根對(duì)象
根對(duì)象在垃圾回收的術(shù)語(yǔ)中又叫做根集合，它是垃圾回收器在標(biāo)記過程時(shí)最先檢查的對(duì)象，包括：
-
全局變量：程序在編譯期就能確定的那些存在于程序整個(gè)生命周期的變量。
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執(zhí)行棧：每個(gè) 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(nèi)存區(qū)塊的指針。
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寄存器：寄存器的值可能表示一個(gè)指針，參與計(jì)算的這些指針可能指向某些賦值器分配的堆內(nèi)存區(qū)塊。
在 Go 語(yǔ)言中，垃圾回收器實(shí)現(xiàn)的算法是一個(gè)并發(fā)的三色標(biāo)記和掃描收集器
垃回收器與 Go 程序同時(shí)運(yùn)行，因此需要通過一種寫屏障算法來檢測(cè)內(nèi)存中的潛在變化。啟動(dòng)寫屏障的唯一條件是在短時(shí)間內(nèi)停止程序，即 “Stop the World”
寫屏障的目的是允許收集器在收集期間保持堆上的數(shù)據(jù)完整性
1.1 實(shí)現(xiàn)原理
Go 語(yǔ)言的垃圾收集可以分成清除終止、標(biāo)記、標(biāo)記終止和清除四個(gè)不同的階段，其中兩個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生 Stop The World (STW)
清除終止階段
- 暫停程序，所有的處理器在這時(shí)會(huì)進(jìn)入安全點(diǎn)（Safe point）
- 如果當(dāng)前垃圾收集循環(huán)是強(qiáng)制觸發(fā)的，我們還需要處理還未被清理的內(nèi)存管理單元
標(biāo)記階段 (STW)
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將狀態(tài)切換至
_GCmark、開啟寫屏障、用戶程序協(xié)助（Mutator Assists）并將根對(duì)象入隊(duì) -
恢復(fù)執(zhí)行程序，標(biāo)記進(jìn)程和用于協(xié)助的用戶程序會(huì)開始并發(fā)標(biāo)記內(nèi)存中的對(duì)象，寫屏障會(huì)將被覆蓋的指針和新指針都標(biāo)記成灰色，而所有新創(chuàng)建的對(duì)象都會(huì)被直接標(biāo)記成黑色
-
開始掃描根對(duì)象，包括所有 Goroutine 的棧、全局對(duì)象以及不在堆中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掃描 Goroutine 棧期間會(huì)暫停當(dāng)前處理器
-
依次處理灰色隊(duì)列中的對(duì)象，將對(duì)象標(biāo)記成黑色并將它們指向的對(duì)象標(biāo)記成灰色
-
使用分布式的終止算法檢查剩余的工作，發(fā)現(xiàn)標(biāo)記階段完成后進(jìn)入標(biāo)記終止階段
標(biāo)記終止階段 (STW)
- 暫停程序、將狀態(tài)切換至
_GCmarktermination并關(guān)閉輔助標(biāo)記的用戶程序 - 清理處理器上的線程緩存
清理階段
-
將狀態(tài)切換至
_GCoff開始清理階段，初始化清理狀態(tài)并關(guān)閉寫屏障 -
恢復(fù)用戶程序，所有新創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)標(biāo)記成白色
-
后臺(tái)并發(fā)清理所有的內(nèi)存管理單元，當(dāng) Goroutine 申請(qǐng)新的內(nèi)存管理單元時(shí)就會(huì)觸發(fā)清理
1.2 三色標(biāo)記法
三色標(biāo)記算法將程序中的對(duì)象分成白色、黑色和灰色三類：
- 白色對(duì)象 — 潛在的垃圾，其內(nèi)存可能會(huì)被垃圾收集器回收
- 黑色對(duì)象 — 活躍的對(duì)象，包括不存在任何引用外部指針的對(duì)象以及從根對(duì)象可達(dá)的對(duì)象
- 灰色對(duì)象 — 活躍的對(duì)象，因?yàn)榇嬖谥赶虬咨珜?duì)象的外部指針，垃圾收集器會(huì)掃描這些對(duì)象的子對(duì)象
三色標(biāo)記垃圾收集器的工作原理很簡(jiǎn)單，可以將其歸納成以下幾個(gè)步驟：
-
從灰色對(duì)象的集合中選擇一個(gè)灰色對(duì)象并將其標(biāo)記成黑色
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將黑色對(duì)象指向的所有對(duì)象都標(biāo)記成灰色，保證該對(duì)象和被該對(duì)象引用的對(duì)象都不會(huì)被回收
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重復(fù)上述兩個(gè)步驟直到對(duì)象圖中不存在灰色對(duì)象
