Go语言之垃圾回收机制

什么是三色标记法

三色标记法是一种用于垃圾回收的算法，被广泛应用于各类编程语言的垃圾回收器中，包括Go语言。

这种算法将对象划分成三种颜色：

1. 白色：表示对象是垃圾，可以被释放。也就是说，这是那些从根（root）节点开始无法触及的对象。

2. 黑色：表示对象是存活的，并且这个对象引用的所有对象也已被访问和标记。

3. 灰色：表示对象是存活的，但是这个对象引用的其他对象还没有被访问和标记。

算法开始时，所有对象都标记为白色，然后从根节点开始遍历，遍历到的对象标记为灰色。接着选择一个灰色对象，把它引用的所有白色对象都标记为灰色，然后把自己标记为黑色。这个过程一直进行，直到没有灰色对象。此时，所有存活的对象都被标记为黑色，而所有死亡（不可达或无用）的对象都仍然是白色，GC会回收这些白色对象。

整个过程中的重点在于，如果所有的灰色对象指向的对象都已经处理（标记为黑色），则说明所有的可达对象都已访问（标记为黑色），非黑即白，那么所有的白色对象为不可达对象，可被清理。

Go垃圾回收机制

Go语言的垃圾回收（Garbage Collection，简称GC）机制是自动回收系统中不再使用的内存的功能。这对于开发者来说非常方便，因为它省去了手动管理内存的需求。

垃圾回收机制在Go语言中的执行过程主要由以下几个步骤组成：

1. 标记清除：首先，垃圾回收器会标记出所有生存对象，然后清除所有没有被标记的对象。

2. 并发标记：在这个阶段，垃圾回收器会在用户goroutine后台进行，并试图在标记阶段结束之前标记所有的生存对象。

3. 标记终止：在这个阶段，所有的用户goroutine都会停止，垃圾回收器会进行最后的检查并清除所有未标记的对象。

4. 扫描：在清除了所有未标记的对象之后，垃圾回收器将进行内存清扫，归还未使用的内存给操作系统。

其中，“并发标记清除”是Go的垃圾回收器的一大特点，它大部分时间与用户的goroutine并发执行，只有在GC的开始和结束阶段才会暂停goroutine。

Go的GC还支持开发者通过runtime的方法来进行设置和调整，比如设置GC百分比、手动触发GC等，以满足更精细化的内存管理需求。

Stop The World

    Go语言在执行垃圾回收时，会有两次STW（Stop The World，简称停工）事件。

第一次停工事件发生在垃圾回收的"并发标记"阶段开始之前，这次停工是为了确保所有的goroutine都写回自己的栈信息，使垃圾回收器能够正确地找到所有根对象。这次停工的时间通常非常短，因为对栈进行扫描的操作一般很快就能完成。

第二次停工事件发生在"并发标记"阶段结束后，垃圾回收进入到"标记终止"阶段。这次停工主要是为了处理在"并发标记"阶段可能遗漏掉的对象。这个阶段包括处理分配在"并发标记"阶段的对象，处理在"并发标记"阶段产生的写屏障，以及对heap进行最后一次扫描。这次停工的时间与heap的大小、写屏障的数量以及"并发标记"阶段分配的对象数量有关，通常也会尽力控制在可以接受的范围之内。

总的来说，Go语言尽量减少了垃圾回收中的停工时间，同时通过并发进行垃圾回收，使得Go语言的垃圾回收相较于其他一些语言的垃圾回收，对程序执行的影响更小。

以下情况可能会影响Go语言的STW (Stop The World) 的时间：

1. 大量的内存使用：如果程序使用了大量内存，垃圾回收器需要扫描更多的对象，这就可能增加STW的时长。

2. 大量的 Goroutine：每个 Goroutine 都会增加STW的时间，因为在两次STW期间，它们的调度状态和栈必须被扫描。

3. 写屏障的开启状态：在并发标记阶段，一旦对象被灰度标记，如果应用程序试图更改该对象，必须先开启写屏障来标记任何新分配或者即将被覆盖的对象。因此，过多的写操作会增加STW的时间。

4. 分配速度：在垃圾回收过程中，如果内存分配的速度快于垃圾回收的速度，可能会导致内存空间不断增长，从而延长STW的时间。

这些情形都可能导致STW时间的增加，因此在编写代码时，开发者需要尽量减少内存的使用，控制 Goroutine 的数量，注意内存分配的速度等，以更好地管理内存并提高程序的性能。