GO GC 垃圾回收机制

go语言垃圾回收总体采用的是经典的mark and sweep算法。

• v1.3以前版本 STW（Stop The World）golang的垃圾回收算法都非常简陋，然后其性能也广被诟病:go runtime在一定条件下（内存超过阈值或定期如2min），暂停所有任务的执行，进行mark&sweep操作，操作完成后启动所有任务的执行。在内存使用较多的场景下，go程序在进行垃圾回收时会发生非常明显的卡顿现象（Stop The World）。在对响应速度要求较高的后台服务进程中，这种延迟简直是不能忍受的！这个时期国内外很多在生产环境实践go语言的团队都或多或少踩过gc的坑。当时解决这个问题比较常用的方法是尽快控制自动分配内存的内存数量以减少gc负荷，同时采用手动管理内存的方法处理需要大量及高频分配内存的场景。

• v1.3 Mark STW, Sweep 并行1.3版本中，go runtime分离了mark和sweep操作，和以前一样，也是先暂停所有任务执行并启动mark，mark完成后马上就重新启动被暂停的任务了，而是让sweep任务和普通协程任务一样并行的和其他任务一起执行。如果运行在多核处理器上，go会试图将gc任务放到单独的核心上运行而尽量不影响业务代码的执行。go team自己的说法是减少了50%-70%的暂停时间。

• v1.5 三色标记法go 1.5正在实现的垃圾回收器是“非分代的、非移动的、并发的、三色的标记清除垃圾收集器”。引入了上文介绍的三色标记法，这种方法的mark操作是可以渐进执行的而不需每次都扫描整个内存空间，可以减少stop the world的时间。 由此可以看到，一路走来直到1.5版本，go的垃圾回收性能也是一直在提升，但是相对成熟的垃圾回收系统（如java jvm和javascript v8），go需要优化的路径还很长（但是相信未来一定是美好的~）。

• v1.8 混合写屏障（hybrid write barrier）这个版本的 GC 代码相比之前改动还是挺大的，采用一种混合的 write barrier 方式 （Yuasa-style deletion write barrier [Yuasa ‘90] 和 Dijkstra-style insertion write barrier [Dijkstra ‘78]）来避免 堆栈重新扫描。

混合屏障的优势在于它允许堆栈扫描永久地使堆栈变黑（没有STW并且没有写入堆栈的障碍），这完全消除了堆栈重新扫描的需要，从而消除了对堆栈屏障的需求。重新扫描列表。特别是堆栈障碍在整个运行时引入了显着的复杂性，并且干扰了来自外部工具（如GDB和基于内核的分析器）的堆栈遍历。

此外，与Dijkstra风格的写屏障一样，混合屏障不需要读屏障，因此指针读取是常规的内存读取; 它确保了进步，因为物体单调地从白色到灰色再到黑色。

混合屏障的缺点很小。它可能会导致更多的浮动垃圾，因为它会在标记阶段的任何时刻保留从根（堆栈除外）可到达的所有内容。然而，在实践中，当前的Dijkstra障碍可能几乎保留不变。混合屏障还禁止某些优化：特别是，如果Go编译器可以静态地显示指针是nil，则Go编译器当前省略写屏障，但是在这种情况下混合屏障需要写屏障。这可能会略微增加二进制大小。

触发

• 阈值：默认内存扩大一倍，启动gc

• 定期：默认2min触发一次gc，src/runtime/proc.go:forcegcperiod

• 手动：runtime.gc()

小结

通过go team多年对gc的不断改进和忧化，GC的卡顿问题在1.8 版本基本上可以做到 1 毫秒以下的 GC 级别。 实际上，gc低延迟是有代价的，其中最大的是吞吐量的下降。由于需要实现并行处理，线程间同步和多余的数据生成复制都会占用实际逻辑业务代码运行的时间。GHC的全局停止GC对于实现高吞吐量来说是十分合适的，而Go则更擅长与低延迟。

并行GC的第二个代价是不可预测的堆空间扩大。程序在GC的运行期间仍能不断分配任意大小的堆空间，因此我们需要在到达最大的堆空间之前实行一次GC，但是过早实行GC会造成不必要的GC扫描，这也是需要衡量利弊的。因此在使用Go时，需要自行保证程序有足够的内存空间。