golang入門系列之Go GC
前言
因為之前作為興趣粗略的研究過Java的各種垃圾回收（CMS、G1、ZGC等），今天來大概瞭解一下Go的GC，如有錯誤，歡迎斧正。一、先來了解一下常見GC演算法
常見的 GC 演算法。引用計數法、複製演算法、標記-清除法、標記整理法、三色標記法、分代收集法。
1. 引用計數法
- 原理是在每個物件內部維護一個整數值，叫做這個物件的引用計數；
- 當物件被引用時引用計數加一，當物件不被引用時引用計數減一。當引用計數為 0
時，自動銷燬物件。
簡單但是速度很慢，缺陷是不能處理迴圈引用的情況。
2. 複製演算法、標記-清除法、標記整理法
這哥仨是JVM的，今天不是主角，就簡單說說
- 複製演算法：一塊空間均等割裂成兩塊，存活的複製過去，另一塊清理；其實瞭解Java的都知道年輕代其實不是均等隔成兩塊，是8：1：1劃分。好處是實現簡單，執行高效，缺點也看到了，記憶體縮小為原來的一半。
- 標記-清除法：首先標記出所有需要回收的物件（Java是通過GCRoot），在標記完成後統一回收所有被標記的物件。缺點：記憶體碎片；
- 標記整理法：標記過程仍然與”標記-清除”演算法一樣，但是後續步驟不是直接對可回收物件進行清理，而是讓所有存活的物件都向一端移動，然後直接清理掉端邊界意外的記憶體。解決記憶體碎片，代價是時間。
3. 分代收集
分代收集是傳統 Mark-Sweep 的一個改進。這個演算法是基於一個經驗：絕大多數物件的生命週期都很短。所以按照物件的生命週期長短來進行分代。
一般 GC 都會分三代，在 java 中稱之為新生代（Young Generation）、年老代（Tenured Generation）和永久代（Permanent Generation）；在 .NET 中稱之為第 0 代、第 1 代和第2代。
原理如下：
新物件放入第 0 代
當記憶體用量超過一個較小的閾值時，觸發 0 代收集
第 0 代倖存的物件（未被收集）放入第 1 代
只有當記憶體用量超過一個較高的閾值時，才會觸發 1 代收集
2 代同理
因為 0 代中的物件十分少，所以每次收集時遍歷都會非常快（比 1 代收集快幾個數量級）。只有記憶體消耗過於大的時候才會觸發較慢的 1 代和 2 代收集。
因此，分代收集是目前比較好的垃圾回收方式。使用的語言（平臺）有 jvm、.NET 。
4. 三色標記法
三色標記法是傳統 Mark-Sweep 的一個改進，是一個併發的 GC 演算法。
首先做個規定：
- 初始所有物件都是白色（未遍歷到）
- 從根出發能可達的物件是灰色
- 子節點遍歷完的物件是黑色
有了這個，我們來看演算法：
- 初始所有物件都是白色。
- 從根出發掃描所有可達物件，標記為灰色，放入待處理佇列。
- 從佇列取出灰色物件，將其引用物件標記為灰色放入佇列，自身標記為黑色。
- 重複 3，直到灰色物件佇列為空。此時白色物件即為垃圾，進行回收。
像CMS和G1都是用到了這個，只是做了億點點改進，而且三色標記會產生浮動垃圾，這是不可避免的，而且CMS就是在三色標記這塊有個大bug導致STW有時候巨長，所以JDK沒用他做預設垃圾回收器，但是CMS仍然是一個承上啟下的開創性的併發垃圾回收器。
二、現在來看Go GC
1. GC流程
GO的GC是並行GC, 也就是GC的大部分處理和普通的go程式碼是同時執行的, 這讓GO的GC流程比較複雜.
- Stack scan：Collect pointers from globals and goroutine stacks。收集根物件（全域性變數，和G stack），開啟寫屏障。全域性變數、開啟寫屏障需要STW。
- Mark: Mark objects and follow pointers。標記所有根物件,和根物件可以到達的所有物件不被回收。
- Mark Termination: Rescan globals/changed stack, finish mark。重新掃描全域性變數，和上一輪改變的stack（寫屏障），完成標記工作。這個過程需要STW。
- Sweep: 按標記結果清掃span
目前整個GC流程會進行兩次STW(Stop The World), 第一次是Stack scan階段, 第二次是Mark Termination階段.
第一次STW會準備根物件的掃描, 啟動寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).
第二次STW會重新掃描部分根物件, 禁用寫屏障(Write Barrier)和輔助GC(mutator assist).
從1.8以後的golang將第一步的stop the world 也取消了，這又是一次優化；
1.9開始, 寫屏障的實現使用了Hybrid Write Barrier, 大幅減少了第二次STW的時間.
2. GC觸發條件
主動的話，通過呼叫 runtime.GC()，這是阻塞式的。
自動垃圾回收的觸發條件有兩個：
- 超過記憶體大小閾值
- 達到定時時間
閾值是由一個gcpercent的變數控制的,當新分配的記憶體佔已在使用中的記憶體的比例超過gcprecent時就會觸發。
比如一次回收完畢後，記憶體的使用量為5M，那麼下次回收的時機則是記憶體分配達到10M的時候。也就是說，並不是記憶體分配越多，垃圾回收頻率越高。
如果一直達不到記憶體大小的閾值呢？這個時候GC就會被定時時間觸發，比如一直達不到10M，那就定時（預設2min觸發一次）觸發一次GC保證資源的回收。