go的GC理解
GC实现方式有哪些
GC (Garbage Collection）泛指垃圾回收机制，在高级编程语言中，实现自动化的内存管理(内存分配与回收）。
- 自动GC
可以使得开发者更关注业务代码，无需管理程序内存分配与回收，有效的提高开发效率。 - 手动GC
手动GC可以更精确的通过API管理内存，可以极致利用资源。
GC实现方式
主要有两类，包括 追踪(Tracing) 和 引用计数 （Reference Counting)
- 追踪式GC
从根对象出发，根据对象之间的引用关系一步步扫描整个堆。
根对象： GC在追踪过程中，最先检查的对象。
- 全局变量 (编译阶段就能确定，生命周期同整个应用程序）
- 执行栈 （协程独立，栈上变量以及持有的逃逸对象堆上的引用）
- 寄存器 （指针，堆内存区块等）
实现方式
- 标记清除（产生内存碎片）
- 标记整理
- 等块复制copy清理
- 分代
- 增量(组合多方式）
- 并发(gc+应用程序并行）
- 引用计数式
给每个对象维护一个引用计数器，当对象被引用时，计数器+1，反之-1, 若是引用计数器=0表示可以清理回收。
GO的GC实现方式
golang中的gc，无分代（没有代际之分），不整理（回收过程中不对对象进行移动整理），并发的三色标记清除算法。
此处GC的并发是指，某个阶段GC可以与用户代码并发执行。
为什么不使用分代GC
- 逃逸分析特性使得分代GC在GO中没有优势。(分代重点处理新生代对象，在GO中短期活跃对象在栈，随着执行栈回收而被处理掉，不太需要GC的干预。）
- GO中使用的tcmall算法基本没有内存碎片，无需GC对内存碎片进行整理。
- GO中的GC目标更着重于并发执行，分代在STW上没有明显优势，与对象存活时间，对象大小没有直接关系。
Go中的GC流程
STW (Stop The World) 是指在GC过程中，为了保证GC算法实现的正确性，防止内存动态分配调整等问题，不可避免需要停止赋值器进一步操作对象的过程，整个用户代码是被停止执行，STW的延迟影响程序并发性能。
三色标记法
在1.5版本引入三色标记法，通过三个阶段的标记来确定需要清除的对象。
重要的标记节点(MARK)和清除阶段(SWEEP)。
- 白色： 表示未被垃圾回收器访问到的对象。（初始分配内存对象都是白色）
- 灰色：表示已被垃圾回收器访问到的对象，但其子对象还未被访问到。
- 黑色： 表示已被垃圾回收器访问到的对象，并且其子对象也都被访问到。
- 从根节点开始遍历所有对象，将根对象放入“灰色”集合。
- 遍历灰色集合，开启新一轮遍历（一层），将灰色对象可直达的对象放入“灰色集合”；将上一轮灰色对象（已遍历)放入“黑色集合”。
- 重复遍历灰色集合，直到灰色集合为空。
Q： 如果三色标记过程中，不通过STW暂停用户程序会出现什么问题？
A： 在标记过程中，用户代码的动态执行，会影响标记对象的引用关系。会出现对象标记扫描不准确问题。
在标记阶段，在未扫描obj2的时候，obj1移除对obj2的引用，正常情况下obj2，obj3是要被回收；但是用户程序代码又赋值将已经标记为黑色的obj6对象引用指向obj2。obj6子对象在这轮标记过程中，不会扫描obj2, 此刻obj2为白色对象，会被GC回收掉，不符合预期。
Q: 如何确保在不会GC误杀情况下，减少STW的时间？
首先，先明确什么情况下，对象会被GC误杀或者丢失？
- 一个白色对象被黑色对象引用 （黑色对象子对象，引用对象不会参与GC扫描)
- 灰色对象同时失去了白色对象的可达关系。（导致白色对象不会GC扫描）
为解决问题，在1.5版本引入屏障机制，在满足以下两者任意一个条件时候，就能保证GC对象不丢失，不误杀。
- 强三色不变式
强制性不允许黑色对象引用白色对象。
- 弱三色不变式
允许黑色对象引用白色对象，但是必须满足一定的条件：
- 白色对象必须存在其他灰色对象对它的引用。
- 或者这个白色对象的链路上游存在灰色对象。
如何实现强弱三色不变式
引入屏障技术，包括插入屏障和混合写屏障。
屏障本质上是程序执行过程中增加额外的判断机制；满足一定条件就使用类似回调或者hook通知GC处理。
- 插入屏障(insertion barrier)
插入写屏障又称为增量更新屏障；插入到黑色对象后的对象会被保守的标记为非白色对象。
流程如下图：
- 当obj1,obj5从灰色对象后开始新一轮扫描，obj1和obj5会变成黑色。
- 黑色对象有新对象的引用，如下图的obj4,obj7，新增对象应该是白色，但是为了满足强三色不变式条件，需要插入屏障来将两者变成灰色处理。
- 在下一轮扫描过程成，对象obj4,obj7就会变成黑色对象。
- 删除屏障
删除屏障又称之为给予起始快照的屏障。
当一个白色或者灰色对象的引用被移除时，该对象被标记为灰色，满足弱三色不变式条件。
会多一些问题：
被解引用的对象，会从白色标记为灰色，假设该对象确实没使用，则多了一轮扫描。
但是好处是能尽量减少STW的时间。
- 混合写屏障
插入屏障和删除屏障在分别独立使用的时候，会存在一些问题：
- 为了提高栈空间性能，栈上不使用屏障机制，如果堆栈存在互相引用的情况，只使用插入屏障，栈空间需要STW，扫描一遍栈空间对象。
- 删除写屏障回收精度低，需要多一轮扫描回收对象。
在1.8 版本设计混合写屏障机制，可以避免堆栈的重新扫描，大大减少STW时间(<ms级别），同时结合了插入屏障和删除屏障的两者优势。（并发三色标记法）
混合写屏障的几个规则
- GC启动开始优先扫描栈上的对象，并将可达对象全部标记为黑色。（包括用户并发代码创建新对象，避免栈空间重复扫描）
- 当对象删除时候出触发删除写屏障，将删除的对象标记为灰色。
- 当对象新增时候，触发插入写屏障，将新增对象（正常是白色）标记为灰色。
栈上对象（都是黑色）的引用修改调整，不会有屏障技术应用，不用重新扫描栈上对象。
若是存在栈上对象引用堆上白色对象（未被扫描），则无需做操作；若是被引用堆上对象被解引用，触发删除屏障，白色对象变灰色对象，此刻栈上的引用也保持正确性。
