垃圾回收

垃圾回收是许多编程语言中提供的自动内存管理机制，无须程序员手动执行。自动释放不需要的对象，让出存储器资源。

现代Golang中的垃圾回收主要应用三色标记法，在最初的标记清除法垃圾回收中需要一定时间的STW(stop the world)。为避免在回收过程中，goroutine对对象的引用做出了修改，导致垃圾回收出错。后面会根据时间顺序介绍Golang使用过的垃圾回收机制。

Go1.3 标记清除法

1. 开启STW，停止程序运行
2. 收集全局对象和栈上对象，进行标记。
3. 递归标记收集到的对象，直到标记所有可达对象
4. 停止STW，降低垃圾回收对程序运行效率的影响
5. 清除未标记对象

G1.5三色标记法

三色是指白，灰，黑三色。白色表示暂无对象引用的潜在垃圾；灰色表示黑色到白色的中间状态，表示有黑色对象引用，但是未扫描全部子对象，垃圾收集器会扫描这些对象的子对象；黑色对象表示活跃的对象，且已经扫描完成。

1. 所有对象标记为白色
2. 标记堆空间可达变量为灰色，并且放入集合
3. 遍历灰色对象集合，将遍历到的白色对象标记为灰色，并加入集合。
4. 直到灰色对象集合为空，开启STW（保证灰色对象集合为空），扫描栈空间，可回收所有白色对象

这个过程是不是前面标记清楚法相同。

但是使用三色标记法不会STW，会将GC和程序放在一起执行。

在垃圾回收中，偶然漏掉需回收的对象并没有多少影响。但是，如果回收程序存在引用的对象。将会直接引起空指针异常，程序崩溃。

分析根源，主要是因为GC过程中出现了下面这两种情况

1. 一个白色对象被黑色对象引用

   程序在GC中将指针从灰色对象或白色对象移动到黑色对象上，导致被扫描遗漏

2. 灰色对象与它之间的可达关系的白色对象遭到破坏

   程序修改破坏引用后没有其他路径会扫描该对象

为了破坏这两个条件，拓展出了俩种方法，强三色不变式和弱三色不变式

1. 强三色不变式：不允许黑色对象引用白色对象（破坏上方条件1）
2. 弱三色不变式：黑色对象可以引用白色，白色对象存在其他灰色对象对他的引用，或者他的链路上存在灰色对象（破坏上方条件2）

在运行过程中，使用屏障机制防止出错。在这个版本，为了运行效率。屏障只对堆内存扫描时启用，在扫描栈上内存是在GC结束后开启STW重新扫描。

插入屏障：对象被引用时触发，当白色对象被黑色对象引用时，白色对象被标记为灰色（栈上对象无插入屏障）。

删除屏障：对象被删除时触发的机制。如果灰色对象引用的白色对象被删除时，那么白色对象会被标记为灰色。

这两种屏障开启一个即可保证回收不出错

Go1.8三色标记+混合写屏障

混合写屏障为以下四点

1. GC开始时将栈上可达对象全部标记为黑色
2. GC期间，任何栈上创建的新对象均为黑色
3. 被删除引用对象标记为灰色
4. 被添加引用的对象标记为黑色

当GC开始，一共分为这几步

1. GC刚开始，默认都为白色
2. 优先扫描栈区，将可达对象全部标记为黑
3. 栈空间不启动屏障机制，堆空间启动。

内存申请与释放

go的垃圾回收触发有两个条件

内存占用翻倍（如初始10MB，在达到20MB的时候会触发），或者到2min主动触发。

在Linux中，向系统交还内存时通常采用懒汉式策略。不是立刻回收。而是标记内存已经不需要使用了，在系统内存紧张的时候才会真正回收。这样在程序需要重新申请内存的时候能够获得极快的分配速度。

关于变量使用指针传递还是值传递

在实际编码中，不需要过度关心性能问题，应该按照函数是否应该能够修改入参来选择值传递还是指针传递。

与C++不同。在Golang中，使用指针传递可能使原本分配于栈空间的变量分配到堆空间。加大内存和垃圾回收的压力。使用值传递大对象，可能需要较长的时间完成内存拷贝。

以下是常见的内存优化方法

对于频繁申请和销毁的小对象，可以使用对象池管理对象。避免产生大量需要回收的垃圾对象。

对于体积特别庞大的对象（拷贝较为耗时的对象）。可以考虑使用指针代替值传递，来避免内存拷贝，优化运行速度。