Golang內存管理：GC算法剖析

前言

作為一門高性能的編程語言，Golang內存管理一直是開發者們關注的重點。作為Golang工程師，不了解內存管理會使得我們的代碼出現內存泄漏等問題。因此，本文旨在深入探討Golang的GC算法。

1. Golang GC 算法分類

Golang目前使用的是三色標記和清除算法（3-color Mark and Sweep），和Java的標記清除算法類似，一般分為以下幾個步驟：

1) 根搜索（Root scanning）：從固定的根開始掃描調用關系，標記被引用的對象。

2) 標記（Marking）：從根對象開始，遍歷整個堆，將被引用的對象標記為黑色。

3) 清除（Sweeping）：將所有未被標記的對象清除，并將空間恢復給空閑鏈表。

2. 標記算法原理

2.1 標記時機

Golang運行時會分配一部分內存作為heap（堆），當堆中的對象達到一定的比例后，就會觸發GC，進行垃圾回收。

2.2 標記流程

* GC開始前，所有對象都是白色的，標記位為0。

* 然后從根出發，遍歷所有對象，將其標記為灰色，標記位為1，放入灰色對象隊列

* 遍歷灰色對象隊列，取出一個對象，將其標記為黑色，所有引用它的對象也被標記后，放入黑色對象隊列。

* 如果隊列為空，則標記結束，所有沒被標記的對象都是垃圾，可以被回收了。

2.3 并發標記

在并發標記中，會出現三色標記問題，即黑色對象引用灰色和白色對象，在標記結束前，灰色和白色對象之間還有引用關系，這時不能將所有白色對象都回收掉。因此Golang引入了三色標記和清除算法。

3. 三色標記和清除算法

3.1 狀態

Golang中的對象有三種狀態：黑色、灰色、白色。

* 黑色：已標記為存活的對象。

* 灰色：已發現但未標記為存活的對象。

* 白色：未發現的對象。

3.2 標記

在標記過程中，首先將根對象標記為灰色，并將灰色對象入隊。然后遍歷灰色隊列，將灰色對象標記為黑色，將灰色對象的引用的白色對象標記為灰色，入隊。不斷遍歷灰色隊列，直到隊列為空。

3.3 清除

清除階段中，將所有白色對象回收，并將黑色和灰色對象標記為白色。

4. 安全點和邊界棧

為了避免在標記時，出現指向新生代對象的指針，Golang使用了安全點和邊界棧。

安全點是Golang程序執行期間，在程序整個執行過程中的某一時刻，GC程序可以安全地執行垃圾回收操作的時刻。Golang GC會在每個安全點進行檢查，如果發現條件滿足，則啟動GC，并在安全點結束時恢復GC。

邊界棧用于記錄函數的退出地址，避免遍歷調用棧時出現指向新生代的指針。

5. 總結

Golang內存管理采用了三色標記和清除算法，在并發標記時，使用了狀態標記和安全點的方法來保證垃圾回收的準確性和高效性。同時，Golang GC 內部還有一組邊界棧數據結構，來防止指針指向新生代對象，提升了GC的性能。

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