上篇说到超超从汇编的角度的解析了make和new的区别，下面来到了面试中常见的考点GC，Go的GC常常因为性能问题被业界所诟病，下面跟着超超来看看内存垃圾是如何产生的，以及Go从1.3到1.8在GC上做了哪些改进吧！

一、内存垃圾

面试官：你知道程序的垃圾是怎么产生的吗？

考点：Go内存管理

超超：程序在内存上被分为堆区、栈区、全局数据区、代码段、数据区五个部分。对于C++等早期编程语言栈上的内存由编译器管理回收，堆上的内存空间需要编程人员负责申请与释放。在Go中栈上内存仍由编译器负责管理回收，而堆上的内存由编译器和垃圾收集器负责管理回收，给编程人员带来了极大的便利性。

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垃圾是指程序向堆栈申请的内存空间，随着程序的运行已经不再使用这些内存空间，这时如果不释放他们就会造成垃圾也就是内存泄漏。例如下面这段程序

package main

//假设每个人都拥有自己都一部手机
type Person struct {
	phone *Phone
}

type Phone struct {
	money int
}

func main() {
	//定义一个Person为超超
	chao := new(Person)

	//超超一开始用的是iphone12
	iphone := &Phone{money: 6599}
	chao.phone = iphone

	//华为推出了鸿蒙，于是超超果断入了一部mate40
	huawei := &Phone{money: 5899}
	chao.phone = huawei

}

phonephone

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二、Go的垃圾回收机制

面试官：那你来给我说说Go语言是如何实现GC的吧！

考点：GC的实现

超超：那我从Go1.3开始说起吧，

Go1.3使用的是标记清除法，分下面四步进行

  1. 进行STW（stop the worl即暂停程序业务逻辑），然后从main函数开始找到不可达的内存占用和可达的内存占用

  2. 开始标记，程序找出可达内存占用并做标记

  3. 标记结束清除未标记的内存占用

  4. 结束STW停止暂停，让程序继续运行，循环该过程直到main生命周期结束
    在这里插入图片描述

一开始的做法是将垃圾清理结束时才停止STW，后来优化了方案将清理垃圾放到了STW之后，与程序运行同时进行，这样做减小了STW的时长。但是STW会暂停用户逻辑对程序的性能影响是非常大的，这种粒度的STW对于性能较高的程序还是无法接受，因此Go1.5采用了三色标记法优化了STW。

Go1.5三色标记法

三色标记算法将程序中的对象分成白色、黑色和灰色三类。白色对象表示暂无对象引用的潜在垃圾，其内存可能会被垃圾收集器回收；灰色对象表示活跃的对象，黑色到白色的中间状态，因为存在指向白色对象的外部指针，垃圾收集器会扫描这些对象的子对象；黑色对象表示活跃的对象，包括不存在引用外部指针的对象以及从根对象可达的对象。

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三色标记法分五步进行

  1. 将所有对象标记为白色
  2. 从根节点集合出发，将第一次遍历到的节点标记为灰色放入集合列表中
  3. 遍历灰色集合，将灰色节点遍历到的白色节点标记为灰色，并把灰色节点标记为黑色
  4. 循环这个过程
  5. 直到灰色节点集合为空，回收所有的白色节点

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

这种方法看似很好，但是将GC和程序会放一起执行，会因为cpu的调度出现下面这种情况，导致被引用的对象3会被垃圾回收掉，从而出现错误。

在这里插入图片描述

分析bug的根源所在，主要是因为程序在运行过程中出现了下面俩种情况

  1. 一个白色对象被黑色对象引用
  2. 灰色对象与它之间的可达关系的白色对象遭到破坏

因此在此基础上拓展出了俩种方法，强三色不变式和弱三色不变式

  1. 强三色不变式：不允许黑色对象引用白色对象
  2. 弱三色不变式：黑色对象可以引用白色，白色对象存在其他灰色对象对他的引用，或者他的链路上存在灰色对象

为了实现这俩种不变式的设计思想，从而引出了屏障机制，即在程序的执行过程中加一个判断机制，满足判断机制则执行回调函数。

在这里插入图片描述

屏障机制分为插入屏障和删除屏障，插入屏障实现的是强三色不变式，删除屏障则实现了弱三色不变式。值得注意的是为了保证栈的运行效率，屏障只对堆上的内存对象启用，栈上的内存会在GC结束后启用STW重新扫描。

插入屏障：对象被引用时触发的机制，当白色B对象被黑色A对象引用时，B对象被标记为灰色（栈上对象无插入屏障）。
在这里插入图片描述

缺点在于：如果对象1在栈上新创建了一个对象6，由于栈没有屏障机制，所以对象6仍为白色节点会被回收

在这里插入图片描述

所以栈在GC迭代结束时（没有灰色节点），会对栈执行STW，重新进行扫描清除白色节点。（STW时间为10-100ms）

删除屏障：对象被删除时触发的机制。如果灰色对象1引用的白色对象1被删除时，那么白色对象1会被标记为灰色。

在这里插入图片描述

缺点：这种做法回收精度较低，一个对象即使被删除仍可以活过这一轮再下一轮被回收。（如果对象4没有引用对象3，此时对象3应该作为垃圾被回收，但是对象3却要等到下一轮GC才会被回收）

在这里插入图片描述

同样也存在对栈的二次扫描影响程序的效率。

Go1.8 三色标记+混合写屏障

基于插入写屏障和删除写屏障在结束时需要STW来重新扫描栈，所带来的性能瓶颈，Go在1.8引入了混合写屏障的方式实现了弱三色不变式的设计方式，混合写屏障分下面四步

  1. GC开始时将栈上可达对象全部标记为黑色（不需要二次扫描，无需STW）
  2. GC期间，任何栈上创建的新对象均为黑色
  3. 被删除引用的对象标记为灰色
  4. 被添加引用的对象标记为灰色

下面为混合写屏障过程

在这里插入图片描述

面试官：这个GC什么时候会被触发呢？

考点：GC细节

runtime.forcegcperiod

面试官：说到这那我们再聊一下TCMalloc算法吧。

超超：好的（自动GC用的舒服，面试好难呀😶🌫️

未完待续～

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