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Ernest Chen •
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7 分钟

垃圾回收 GC

java
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什么是 GC

GC 指一种自动的存储器管理机制，当某个程序占用的一部分内存空间不再被这个程序访问时，这个程序会借助垃圾回收算法向操作系统归还这部分内存空间。垃圾回收器可以减轻程序员的负担，也减少程序中的错误。

-from wiki

垃圾回收算法有哪些 分别的优缺点

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引用计数法

对每个对象设置引用计数，当对象被引用 +1，失去引用/销毁 -1，当计数为 0 的时回收对象内存

优点：简单直接，回收速度快

缺点：需要额外空间维护引用计数，无法解决对象的循环引用问题

标记清除法

从根对象开始遍历所有引用对象，引用的对象打上标记 tag，遍历完成，将没有标记的进行回收

优点：解决引用计数法的缺点

缺点：会产生大量不连续的内存碎片，导致无法给大对象分配内存

标记整理法

让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

优点：不会产生内存碎片

缺点：需要移动大量对象，处理效率比较低。

#复制

—

将内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完了就将还存活的对象复制到另一块上面，然后再把使用过的内存空间进行一次清理

优点：不会产生内存碎片，每次清除针对的都是整块内存

缺点：只使用了内存的一半、移动对象需要耗费时间，效率低于标记清除法

分代收集法

按照对象的生命周期长短划分代空间，生命周期长的放在老年代，生命周期短的放在新生代

优点：回收性能好

缺点：算法复杂

go 的垃圾回收采用是哪个 GC 方法

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go 采用的是标记清除法，核心就是标记出哪些是内存还在使用（被引用的），哪些内存不再使用（未被引用），把未被引用的内存回收掉，供后续内存分配使用。

暂时无法在飞书文档外展示此内容

特殊 case：如果内存块存放的是指针，那还需要递归的进行标记，全部标记完后，只保留标记的内存，未被标记的内存全部进行回收

为什么 Go 采用标记清除法，而不是其他的方法？

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引用计数无法解决循环引用，排除

标记整理好处在于解决内存碎片化的问题，但是 Go 运行时的分配算法基于 tcmalloc，基本上没有碎片问题，对于 gc 并没有提升

复制只能用一半的内存，还需要大量移动，效率低

分代收集的话也不适用，因为 go 的 gc 主要目标是新创建的对象上，即存活时间短更利回收，而不是频繁的检查所有对象

逃逸分析：编译器决定内存分配的位置，不需要程序员指定。函数中申请一个新的对象

如果分配到栈，则函数执行结束就可自动将内存回收

如果分配到堆，则函数执行结束可交给 GC(垃圾回收) 处理

go 编译器的逃逸分析，将大部分新生对象存储在栈里面，直接被回收，生命周期短的对象直接回收并不需要 gc 处理，长期存在的/比较大的对象会分配到堆中，才被 gc 回收，所以分代回收并没有实质上提升

什么是三色标记法？mark-sweep

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人为的用三种颜色好描述 go 的 gc 过程，内存中的对象并无颜色区分

三色对应了垃圾回收中的三种状态：

灰色：对象放入“标记队列”中等待（待处理的对象）

黑色：对象已被标记为使用

白色：对象未被标记

步骤：

  1. 开始 gc 初，所有对象放入白色队列

  2. 从根对象开始遍历，将所有可达的对象，标记为灰色，放入灰色队列（待处理队列）

  3. 从灰色队列中取出灰色对象，将它引用的对象标记灰色放入灰色队列，它自己标黑色，放入黑色队列

  4. 重复步骤 3，直到灰色队列为空，这时候白色对象是不可达对象，回收白色对象

什么是根对象，根对象有哪些？

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  1. 全局变量：程序在编译期就能确定的那些存在于程序整个生命周期的变量

  2. 执行栈：每个 goroutine 都包含自己的执行栈，这些执行栈上包含栈上的变量及指向分配的堆内存区块的指针

  3. 寄存器：寄存器的值可能表示一个指针，参与计算的这些指针可能指向某些赋值器分配的堆内存区块

怎么的条件会触发 Go 的 GC

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  • GOGC threshold

每次内存分配时检查当前内存分配量是否达到阀值，达到则会触发 gc

阀值 = 上次 gc 内存分配量 * 内存增长率

内存增长率是由环境变量 GCGO 控制，默认是 100，即当内存扩大一倍的时候启动 gc

  • runtime.GC()

类似 Java 的 system.gc api 手动代码触发 gc

  • runtime.forcegcperiod (2min)

强制定期 gc，默认 2min 触发一次 gc，在 runtime/proc.go:forcegcperiod

go 的 GC 有哪些优化

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标记 - 清理需要 stw，需要暂停所有的 goruntine，做 gc 然后再恢复。

减少 stw 时间，可以提升 go 的 gc 性能

写屏障 (Write Barrier) 

本质就是每次内存写操作时候，额外执行一小段代码

写屏障就是让 goroutine 与 GC 同时运行的手段，虽然写屏障不能完全消除 stw，但是可以大大减少 stw 时间，类似开关，gc 的特定时候开启，开启后指针传递时，把指针标记，即本轮不回收，下次 gc 再确定

辅助 GC(Mutator Assist) 

为了防止内存分配过快，在 GC 执行过程中，如果 goroutine 需要分配内存，那么这个 goroutine 会参与一部分 GC 的 工作，即帮助 GC 做一部分工作，这个机制叫作 Mutator Assist

代码 GC 编程

多制造 inline 的机会，将新对象尽可能都分配到栈而不是堆，因为 go 实现了退栈即释放，不影响 gc

代码减少逃逸分析：

  1. 尽量使用局部变量（编译器会根据变量是否被外部引用来决定是否逃逸）

  2. 参数、返回数值传递值（传指针还是数值，需要修改原值或者内存比较大结构体传指针，而对于只读的占内存较少的结构体，传值获取较好性能）

代码简单直白，制造 inline 机会

减少分配次数

a = make([]int, 0, 1234)
b = make(map[string]int, 2048)

缓存对象

什么是 inline

内联扩展或内联是一种手动或编译器优化，它用被调用函数的主体替换函数调用站点

from wiki

通过参数-gflags=“-m”查看

func add (x, y int) {
    return x + y
}

func main() {
    x := 1
    y := 2
    a := add(x,y)
    fmt.println(a)
}
\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-

func main() {
    x := 1
    y := 2
    //inline function add replace by the body of the function
    a := x + y
    fmt.println(a)
}

不用使用内联的 case：闭包调用、select、for、defer、go 关键词创建的协程

总结：采用越简单的实现，对于傻瓜式语言性能越好

逃逸分析

通过命令 go build -gcflags ‘-m’命令查看

var refs = make([]*int, 32)

func fc()  {
   refs[0] = new(int)
}
func main() {
   fc()
}
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