go的GC机制
GO的GC是并行GC，也就是说GC的大部分清理和普通的go代码是同时运行的，这让GO的GC流程比较复杂。
标记清除（Mark And Sweep）
此算法主要有两个主要的步骤：
- 标记(Mark phase)
= 清除(Sweep phase)
第一步，找出不可达的对象，然后做上标记。
第二步，回收标记好的对象。
操作非常简单，但是有一点需要额外注意：mark and sweep算法在执行的时候，需要程序暂停,即stop the world。
三色标记法
对于Mark And Sweep来说要通过STW保证GC期间标记对象的状态不能变化，整个程序都要暂停掉，在外部看来程序就会卡顿。
当前Golang使用的垃圾回收机制是三色标记发配合写屏障和辅助GC，三色标记法是标记-清除法的一种增强版本。
在GC过程中会有两种后台任务(G), 一种是标记用的后台任务, 一种是清扫用的后台任务.
标记用的后台任务会在需要时启动, 可以同时工作的后台任务数量大约是P的数量的25%, 也就是go所讲的让25%的cpu用在GC上的根据.
清扫用的后台任务在程序启动时会启动一个, 进入清扫阶段时唤醒.
那么什么是root呢？
根对象包含了全局变量, 各个G的栈上的变量等, GC会先扫描根对象然后再扫描根对象可到达的所有对象.
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最开始所有对象都是白色
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扫描所有可达对象，标记为灰色，放入待处理队列
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从队列提取灰色对象，将其引用对象标记为灰色放入队列，自身标记为黑色
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重复上一步，直到灰色对象队列为空
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写屏障监控对象内存修改，重新标色或是放入队列
启用了写屏障(Write Barrier)后, 当B把C的指针交给A时, GC会认为在这一轮的扫描中C的指针是存活的,(当发现A已经标记为黑色了，若A又引用C，那么把C变灰入队。)
即使A可能会在稍后丢掉C, 那么C就在下一轮回收.
写屏障只针对指针启用, 而且只在GC的标记阶段启用, 平时会直接把值写入到目标地址.
- 完成标记后 对象不是白色就是黑色，清理操作只需要把白色对象回收内存回收就好
在go内部对象并没有保存颜色的属性, 三色只是对它们的状态的描述,
白色的对象在它所在的span的gcmarkBits中对应的bit为0,
灰色的对象在它所在的span的gcmarkBits中对应的bit为1, 并且对象在标记队列中,
黑色的对象在它所在的span的gcmarkBits中对应的bit为1, 并且对象已经从标记队列中取出并处理.
gc完成后, gcmarkBits会移动到allocBits然后重新分配一个全部为0的bitmap, 这样黑色的对象就变为了白色.
上面介绍的是GO GC采用的三色标记算法，但是好像并没有体现出来怎么减少STW对程序的影响呢？其实是因为Golang GC的大部分处理是和用户代码并行的。
- Mark: 包含两部分:
- Mark Prepare: 初始化GC任务，包括开启写屏障(write barrier)和辅助GC(mutator assist)，统计root对象的任务数量等。这个过程需要STW
- GC Drains: 扫描所有root对象，包括全局指针和goroutine(G)栈上的指针（扫描对应G栈时需停止该G)，将其加入标记队列(灰色队列)，并循环处理灰色队列的对象，直到灰色队列为空。该过程后台并行执行
- Mark Termination: 完成标记工作，重新扫描(re-scan)全局指针和栈。因为Mark和用户程序是并行的，所以在Mark过程中可能会有新的对象分配和指针赋值，这个时候就需要通过写屏障（write barrier）记录下来，re-scan 再检查一下。这个过程也是会STW的。
- Sweep: 按照标记结果回收所有的白色对象，该过程后台并行执行
- Sweep Termination: 对未清扫的span进行清扫, 只有上一轮的GC的清扫工作完成才可以开始新一轮的GC。
如果标记期间用户逻辑改变了刚打完标记的对象的引用状态，怎么办呢？
目前整个GC流程会进行两次STW(Stop The World), 第一次是Mark阶段的开始, 第二次是Mark Termination阶段.
第一次STW会准备根对象的扫描, 启动写屏障(Write Barrier)和辅助GC(mutator assist).
为了防止heap增速太快, 在GC执行的过程中如果同时运行的G分配了内存, 那么这个G会被要求辅助GC做一部分的工作.
在GC的过程中同时运行的G称为"mutator", "mutator assist"机制就是G辅助GC做一部分工作的机制.
Go 语⾔如果发现扫描后回收的速度跟不上分配的速度它依然会把⽤户逻辑暂停，⽤户逻辑暂停了以后也就意味着不会有新的对象出现，同时会把⽤户线程抢过来加⼊到垃圾回收⾥⾯加快垃圾回收的速度。这样⼀来原来的并发还是变成了STW，还是得把⽤户线程暂停掉，要不然扫描和回收没完没了了停不下来，因为新分配对象⽐回收快，所以这种东⻄叫做辅助回收。
辅助GC做的工作有两种类型, 一种是标记(Mark), 另一种是清扫(Sweep).
第二次STW会重新扫描部分根对象, 禁用写屏障(Write Barrier)和辅助GC(mutator assist).
需要注意的是, 不是所有根对象的扫描都需要STW, 例如扫描栈上的对象只需要停止拥有该栈的G.
从go 1.9开始, 写屏障的实现使用了Hybrid Write Barrier, 大幅减少了第二次STW的时间.
触发GC的时机
GC在满足一定条件后会被触发, 触发条件有以下几种:
- gcTriggerAlways: 强制触发GC
- gcTriggerHeap: 当前分配的内存达到一定值就触发GC
- gcTriggerTime: 当一定时间没有执行过GC就触发GC
- gcTriggerCycle: 要求启动新一轮的GC, 已启动则跳过, 手动触发GC的runtime.GC()会使用这个条件
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