Golang内存管理：GC算法剖析

前言

作为一门高性能的编程语言，Golang内存管理一直是开发者们关注的重点。作为Golang工程师，不了解内存管理会使得我们的代码出现内存泄漏等问题。因此，本文旨在深入探讨Golang的GC算法。

1. Golang GC 算法分类

Golang目前使用的是三色标记和清除算法（3-color Mark and Sweep），和Java的标记清除算法类似，一般分为以下几个步骤：

1) 根搜索（Root scanning）：从固定的根开始扫描调用关系，标记被引用的对象。

2) 标记（Marking）：从根对象开始，遍历整个堆，将被引用的对象标记为黑色。

3) 清除（Sweeping）：将所有未被标记的对象清除，并将空间恢复给空闲链表。

2. 标记算法原理

2.1 标记时机

Golang运行时会分配一部分内存作为heap（堆），当堆中的对象达到一定的比例后，就会触发GC，进行垃圾回收。

2.2 标记流程

* GC开始前，所有对象都是白色的，标记位为0。

* 然后从根出发，遍历所有对象，将其标记为灰色，标记位为1，放入灰色对象队列

* 遍历灰色对象队列，取出一个对象，将其标记为黑色，所有引用它的对象也被标记后，放入黑色对象队列。

* 如果队列为空，则标记结束，所有没被标记的对象都是垃圾，可以被回收了。

2.3 并发标记

在并发标记中，会出现三色标记问题，即黑色对象引用灰色和白色对象，在标记结束前，灰色和白色对象之间还有引用关系，这时不能将所有白色对象都回收掉。因此Golang引入了三色标记和清除算法。

3. 三色标记和清除算法

3.1 状态

Golang中的对象有三种状态：黑色、灰色、白色。 

* 黑色：已标记为存活的对象。

* 灰色：已发现但未标记为存活的对象。 

* 白色：未发现的对象。 

3.2 标记

在标记过程中，首先将根对象标记为灰色，并将灰色对象入队。然后遍历灰色队列，将灰色对象标记为黑色，将灰色对象的引用的白色对象标记为灰色，入队。不断遍历灰色队列，直到队列为空。

3.3 清除

清除阶段中，将所有白色对象回收，并将黑色和灰色对象标记为白色。

4. 安全点和边界栈

为了避免在标记时，出现指向新生代对象的指针，Golang使用了安全点和边界栈。

安全点是Golang程序执行期间，在程序整个执行过程中的某一时刻，GC程序可以安全地执行垃圾回收操作的时刻。Golang GC会在每个安全点进行检查，如果发现条件满足，则启动GC，并在安全点结束时恢复GC。

边界栈用于记录函数的退出地址，避免遍历调用栈时出现指向新生代的指针。

5. 总结

Golang内存管理采用了三色标记和清除算法，在并发标记时，使用了状态标记和安全点的方法来保证垃圾回收的准确性和高效性。同时，Golang GC 内部还有一组边界栈数据结构，来防止指针指向新生代对象，提升了GC的性能。