golang GC 浅析

golang 不需要开发者关心如何GC，不需要像C或者C++那样精准的控制每一段内存，防止内存泄漏，golang 有auto release 机制，它是如何做到的呢。

golang GC 演化历程

• STW
• Martk STW ，sweep 并行
• 三色标记法
• 新加入hybrid write barrier（混合写屏障，避免re-scan）提升三色标记法

Mark STW & Sweep（标记清除法）

• 步骤：
  • 找出不可达的对象，标记
  • 清除标记好的对象
  • 重复上述操作，直到process结束
• 问题：
  • STW会使程序出现停顿
  • 标记会扫描整个heap
  • 清除数据会产生heap碎片

三色标记法

三色标记法方案，支持并行GC，即用户代码可以和GC代码同时运行。具体来讲，Golang GC分为几个阶段:

• Mark阶段该阶段又分为两个部分：
  • 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阶段：该阶段主要是完成标记工作，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。

总结一下，Golang的GC过程有两次STW: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).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).

GC触发时间

• 频繁申请和释放内存不一定会触发GC
• 触发时机：
  • 当前堆上活跃的对象大于初始化时设置的阈值
  • 达到GC定时，2m

我们可以从代码上优化GC导致的STW

• 减少对象分配
• 使用sync.Pool
  • 对GC友好
  • 有效分担对象存储压力