垃圾回收

Golang中采用三色标记清除算法（tricolor mark-and-sweep algorithm）进行GC。

一些名词

垃圾内存

程序中不再被引用的对象（即 “垃圾”），释放其占用的内存，供新对象使用。

内存泄漏

程序在分配了内存但不再需要使用时，却未能正确释放这块内存空间，导致这部分内存被占用且无法再次使用，从而造成系统内存的浪费和性能下降。这种问题会随着程序运行积累，最终可能导致程序甚至整个系统崩溃。

内存溢出

程序在申请内存时，无法满足当前需求，导致内存分配失败。

GC 的基本原理

标记（Mark）

从 “根对象”（如全局变量、当前调用栈中的变量等）出发，遍历所有可达的对象（被引用的对象），标记为 “存活”。

清除（Sweep）

遍历整个内存空间，回收所有未被标记（即 “不可达”）的对象，释放其占用的内存。

压缩（Compact，可选）：

（可选）在清除阶段后，将所有存活的对象移动到内存的一端，形成连续的内存块，减少内存碎片。

Go 语言的 GC 特点

并发标记 - 清除（Concurrent Mark and Sweep）：

标记阶段与用户程序并发执行（不阻塞用户代码），仅在标记开始和结束时需要短暂的 “stop the world”（STW）暂停，极大降低延迟。
清除阶段也与用户程序并发执行，不会阻塞用户代码的运行。

三色标记法

白色：未被标记（潜在垃圾）。
灰色：已被标记，但引用的子对象未完全处理。
黑色：已被标记，且引用的子对象均已处理（存活对象）。
通过这种方式高效追踪可达对象，避免全量扫描的性能开销。

写屏障（Write Barrier）

在并发标记阶段，若用户程序修改对象引用（如将一个白色对象赋值给黑色对象），写屏障会拦截操作并将新引用的对象标记为灰色，防止漏标记。

三色标记法

初始化（初始标记，STW 阶段）

触发时机：GC 开始时，首先进入短暂的 “Stop The World”（STW）阶段，暂停所有用户协程（Goroutine）。
操作：标记所有从根对象直接引用的对象为灰色。
- 将所有对象初始化为白色。
- 从 “根对象”（Root Objects，如全局变量、当前调用栈中的局部变量、寄存器中的对象等）出发，将直接可达的对象标记为灰色，加入 “灰色队列”（待处理队列）。
目的：快速标记根对象直接引用的对象，为后续并发标记做准备。此阶段 STW 时间极短（微秒级）。

并发标记（与用户程序并行）

操作：
- 恢复用户协程运行，同时 GC 后台协程开始处理 “灰色队列.
- 从灰色队列中取出一个灰色对象，将其标记为黑色。
- 遍历该黑色对象引用的所有子对象：
  - 如果子对象是白色，将其标记为灰色，并加入灰色队列。
  - 如果子对象是灰色，忽略。
  - 如果子对象是黑色，忽略。
- 重复以上过程，直到灰色队列为空（理论上所有可达对象都已被标记为黑色）。
关键问题：并发标记时，用户程序可能修改对象引用（如将一个白色对象的引用赋值给黑色对象），导致该白色对象被遗漏标记（最终被误判为垃圾）。
解决方案：通过写屏障（Write Barrier）拦截对象引用的修改操作，确保新引用的白色对象被标记为灰色，避免漏标。