GC

三色标记法

白灰黑

初始时,所有对象都为白色,

GC开始,开启SWT,遍历堆栈root,将直接可达的对象标记为灰色,

遍历灰色结点,将直接可达的对象标记为灰色,自身标记为黑色,

继续执行第三步同样的步骤,直到所有能够访问到的结点都被标记为黑色,

关闭SWT,回收所有白色标记的对象。

如果没有SWT,程序正常执行,可能会有如下的情况,导致对象被误当作垃圾回收。

白色对象本来被一个灰色对象引用,但是该灰色对象将该引用赋给了黑色对象,灰对白的引用断开。此时,由于不会对黑色对象的引用进行检测标记,即该白色节点即使被引用也无法被标记为灰色,最终当作垃圾处理掉。

三色标记法出现对象丢失,要满足以下两个条件:

条件一:白色对象被黑色对象引用

条件二:灰色对象与白色对象之间的可达关系遭到破坏

只要破坏两个中的任何一个不会导致对象丢失的发生。

两种不变式

如何破坏两个条件

强不变式: 不允许黑色对象引用白色对象

弱不变式: 黑色对象可以引用白色对象,但是白色对象必须直接或间接被灰色对象引用。(保证白色对象一定会被扫描到)

go对上述规则的两种实现机制:

插入写屏障

当一个对象引用另外一个对象时,将另外一个对象标记为灰色。

插入屏障仅会在堆内存中生效,不对栈内存空间生效,这是因为go在并发运行时,大部分的操作都发生在栈上,函数调用会非常频繁。数十万goroutine的栈都进行屏障保护自然会有性能问题。

如果一个栈对象 黑色引用白色对象,白色对象依然会被当作垃圾回收。

因此,最后还需要对栈内存 进行STW,重新rescan,确保所有引用的被引用的栈对象都不会被回收。

删除写屏障

当一个白色对象被另外一个对象时解除引用时,将该被引用对象标记为灰色(白色对象被保护

缺点:产生内存冗余,如果上述该白色对象没有被别的对象引用,相当于还是垃圾,但是这一轮垃圾回收并没有处理掉他。

混合写屏障法

GC刚开始的时候,会将栈上的可达对象全部标记为黑色。

GC期间,任何在栈上新创建的对象,均为黑色。

将栈上的可达对象全部标黑,最后无需对栈进行STW,就可以保证栈上的对象不会丢失

堆上被删除的对象标记为灰色

堆上新添加的对象标记为灰色

总结

go 1.3 之前采用标记清除法,需要STW

go 1.5 采用三色标记法,插入写屏障机制(只在堆内存中生效),最后仍需对栈内存进行STW

go 1.8 采用混合写屏障机制,屏障限制只在堆内存中生效。避免了最后节点对栈进行STW的问题,提升了GC效率

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