[译]Go GC 怎么标记内存

Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French

ℹ️ 本文基于 Go 1.13。关于内存管理的概念的讨论在我的文章 Go 中的内存管理和分配中有详细的解释。

Go GC 的作用是回收不再使用的内存。实现的算法是并发的三色标记和清除回收法。本中文，我们研究三色标记法，以及各个颜色的不同用处。

你可以在 Ken Fox 的解读垃圾回收算法中了解更多关于不同垃圾回收机制的信息。

标记阶段

这个阶段浏览内存来了解哪些块儿是在被我们的代码使用和哪些块儿应该被回收。

然而，因为 GC 和我们的 Go 程序并行，GC 扫描期间内存中某些对象的状态可能被改变，所以需要一个检测这种可能的变化的方法。为了解决这个潜在的问题，实现了写屏障算法，GC 可以追踪到任何的指针修改。使写屏障生效的唯一条件是短暂终止程序，又名 “Stop the World”。

在进程启动时，Go 也在每个 processor 起了一个标记 worker 来辅助标记内存。

然后，当 root 被加入到处理队列中后，标记阶段就开始遍历和用颜色标记内存。

为了了解在标记阶段的每一步，我们来看一个简单的程序示例：

type struct1 struct {
	a, b int64
	c, d float64
	e *struct2
}

type struct2 struct {
	f, g int64
	h, i float64
}

func main() {
	s1 := allocStruct1()
	s2 := allocStruct2()

	func () {
		_ = allocStruct2()
	}()

	runtime.GC()

	fmt.Printf("s1 = %X, s2 = %X\n", &s1, &s2)
}

//go:noinline
func allocStruct1() *struct1 {
	return &struct1{
		e: allocStruct2(),
	}
}

//go:noinline
func allocStruct2() *struct2 {
	return &struct2{}
}

struct2 不包含指针，因此它被储存在一个专门存放不被其他对象引用的对象的 span 中。

不包含指针的结构体储存在专有的 span 中

这减少了 GC 的工作，因为标记内存时不需要扫描这个 span。

分配工作结束后，我们的程序强迫 GC 重复前面的步骤。下面是流程图：

扫描内存

GC 从栈开始，递归地顺着指针找指针指向的对象，遍历内存。扫描到被标记为 no scan 的 span 时，停止扫描。然而，这个工作是在多个协程中完成的，每个指针被加入到一个 work pool 中的队列。然后，后台运行的标记 worker 从这个 work pool 中拿到前面出列的 work，扫描这个对象然后把在这个对象里找到的指针加入到队列。

garbage collector work pool