[每周一更]-(第50期)Go的垃圾回收GC

参考文章：

• https://juejin.cn/post/7111515970669117447
• https://draveness.me/golang/docs/part3-runtime/ch07-memory/golang-garbage-collector/
• https://colobu.com/2022/07/16/A-Guide-to-the-Go-Garbage-Collector/
• https://liangyaopei.github.io/2021/01/02/golang-gc-intro/
• https://xargin.com/impl-of-go-gc/

什么是GC?

Go语言的垃圾回收机制Garbage Collection，简称 GC

在传统编程语言中我们需要关注对象的分配位置，要自己去选择对象分配在堆还是栈上，
但在 Go 这门有 GC 的语言中，集成了逃逸分析功能，帮助我们自动判断对象应该在堆上还是栈上，可以使用 go build -gcflags="-m" 来观察逃逸分析的结果

GC的原理是什么？

Go语言的垃圾回收器采用了并发三色标记清除算法（Concurrent Tri-Color Mark-And-Sweep），尽可能减少STW(stop the world)时间，
以降低吞吐为代价换取低延迟，实现了高效的垃圾回收。
标记清除算法的基本原理是，垃圾回收器将所有的存活对象标记为“活”的，未被标记的对象则被认为是垃圾。经典的标记清除算法通常分为两个阶段：

• 标记阶段：垃圾回收器从根对象开始，遍历所有可达对象，并将它们标记为“活”的。
• 清除阶段：垃圾回收器从堆的起始地址开始遍历，将未被标记的对象清除，回收内存。

Go语言的垃圾回收器采用了三色标记法(Tri-Color Marking)，将堆上的内存对象分为三种颜色

• 白色：未被标记为“活”的对象，是潜在的垃圾，后续可能会被GC回收。
• 灰色：待扫描的对象，当扫描某个灰色对象时，GC会将其标记为黑色，然后将该对象指向的所有对象都标记为灰色，待后续标记。
• 黑色：被标记为“活”的对象，在这轮GC中不会被回收。

垃圾回收器开始工作时不存在黑色对象，垃圾回收器会将根对象标记为灰色，并从根对象(通常是栈对象和全局对象)开始遍历。垃圾回收器会将灰色对象标记为黑色，
并将该对象指向的对象标记为灰色。垃圾回收器重复这个过程，直到所有可达对象都被标记为黑色。最后，垃圾回收器清除所有未被标记为黑色的对象，即清除所有白色对象。

GC如何优化？

优化GC的开销是提高系统性能和响应速度的重要手段。

缩短STW时间

Go GC触发时机大体分为三种：

• 手动触发：调用runtime.GC()
• 常规触发：Target heap memory = Live heap (Live heap GC roots) * GOGC / 100
• sysmon后台周期性强制触发GC

减少堆内存的分配和释放

GC开销大的根源在于heap object多，Go的每轮GC都是FullGC，每轮都要将所有heap object标记(mark)一遍，
即便大多数heap object都是长期alive的，因此，一个直观的降低GC开销的方法就是减少heap object的数量，即减少alloc。

• 把小对象聚合到一个结构体中，然后做一次分配即可
• 内存空间重用，如：sync.Pool

常见的GC

• 引用计数法
  根据对象自身的引用计数来回收，当引用计数归零时进行回收，但是计数频繁更新会带来更多开销，且无法解决循环引用的问题。
  • 优点：简单直接，回收速度快
  • 缺点：需要额外的空间存放计数，无法处理循环引用的情况；
• 标记清除法
  标记出所有不需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有未被标记的对象。
  • 优点：简单直接，速度快，适合可回收对象不多的场景
  • 缺点：会造成不连续的内存空间（内存碎片），导致有大的对象创建的时候，明明内存中总内存是够的，但是空间不是连续的造成对象无法分配；
• 复制法
  复制法将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块，当这一块的内存使用完后，将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉
  • 优点：解决了内存碎片的问题，每次清除针对的都是整块内存，但是因为移动对象需要耗费时间，效率低于标记清除法；
  • 缺点：有部分内存总是利用不到，资源浪费，移动存活对象比较耗时，并且如果存活对象较多的时候，需要担保机制确保复制区有足够的空间可完成复制；
• 标记整理
  标记过程同标记清除法，结束后将存活对象压缩至一端，然后清除边界外的内容
  • 优点：解决了内存碎片的问题，也不像标记复制法那样需要担保机制，存活对象较多的场景也使适用；
  • 缺点：性能低，因为在移动对象的时候不仅需要移动对象还要维护对象的引用地址，可能需要对内存经过几次扫描才能完成；
• 分代式
  将对象根据存活时间的长短进行分类，存活时间小于某个值的为年轻代，存活时间大于某个值的为老年代，永远不会参与回收的对象为永久代。
  并根据分代假设（如果一个对象存活时间不长则倾向于被回收，如果一个对象已经存活很长时间则倾向于存活更长时间）对对象进行回收。

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