- 引用计数:对每个对象维护一个引用计数,当引用该对象的对象被销毁时,引用计数减1,当引用计数器为0是回收该对象。
- 优点:对象可以很快的被回收,不会出现内存耗尽或达到某个阀值时才回收。
- 缺点:不能很好的处理循环引用,而且实时维护引用计数,有也一定的代价。
- 代表语言:Python、PHP、Swift
- 标记-清除:从根变量开始遍历所有引用的对象,引用的对象标记为"被引用",没有被标记的进行回收。
- 优点:解决了引用计数的缺点。
- 缺点:需要STW,即要暂时停掉程序运行。
- 代表语言:Golang(其采用三色标记法)
- 分代收集:按照对象生命周期长短划分不同的代空间,生命周期长的放入老年代,而短的放入新生代,不同代有不能的回收算法和回收频率。
- 优点:回收性能好
- 缺点:算法复杂
- 代表语言: JAVA
标记
在之前的一文中,分析过span是内存管理的最小单位,所以猜测gc的粒度也是span。
type mspan struct { // allocBits and gcmarkBits hold pointers to a span's mark and // allocation bits. The pointers are 8 byte aligned. // There are three arenas where this data is held. // free: Dirty arenas that are no longer accessed // and can be reused. // next: Holds information to be used in the next GC cycle. // current: Information being used during this GC cycle. // previous: Information being used during the last GC cycle. // A new GC cycle starts with the call to finishsweep_m. // finishsweep_m moves the previous arena to the free arena, // the current arena to the previous arena, and // the next arena to the current arena. // The next arena is populated as the spans request // memory to hold gcmarkBits for the next GC cycle as well // as allocBits for newly allocated spans. // // The pointer arithmetic is done "by hand" instead of using // arrays to avoid bounds checks along critical performance // paths. // The sweep will free the old allocBits and set allocBits to the // gcmarkBits. The gcmarkBits are replaced with a fresh zeroed // out memory. allocBits *gcBits gcmarkBits *gcBits}
如图所示,通过gcmarkBits位图标记span的块是否被引用。对应内存分配中的bitmap区。
三色标记
- 灰色:对象已被标记,但这个对象包含的子对象未标记
- 黑色:对象已被标记,且这个对象包含的子对象也已标记,gcmarkBits对应的位为1(该对象不会在本次GC中被清理)
- 白色:对象未被标记,gcmarkBits对应的位为0(该对象将会在本次GC中被清理)
例如,当前内存中有A~F一共6个对象,根对象a,b本身为栈上分配的局部变量,根对象a、b分别引用了对象A、B, 而B对象又引用了对象D,则GC开始前各对象的状态如下图所示:
- 初始状态下所有对象都是白色的。
- 接着开始扫描根对象a、b; 由于根对象引用了对象A、B,那么A、B变为灰色对象,接下来就开始分析灰色对象,分析A时,A没有引用其他对象很快就转入黑色,B引用了D,则B转入黑色的同时还需要将D转为灰色,进行接下来的分析。
- 灰色对象只有D,由于D没有引用其他对象,所以D转入黑色。标记过程结束
- 最终,黑色的对象会被保留下来,白色对象会被回收掉。
STW
stop the world是gc的最大性能问题,对于gc而言,需要停止所有的内存变化,即停止所有的goroutine,等待gc结束之后才恢复。
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()
go
- Sweep Termination: 对未清扫的span进行清扫, 只有上一轮的GC的清扫工作完成才可以开始新一轮的GC
- Mark: 扫描所有根对象, 和根对象可以到达的所有对象, 标记它们不被回收
- Mark Termination: 完成标记工作, 重新扫描部分根对象(要求STW)
- Sweep: 按标记结果清扫span
目前整个GC流程会进行两次STW(Stop The World), 第一次是Mark阶段的开始, 第二次是Mark Termination阶段.
- 第一次STW会准备根对象的扫描, 启动写屏障(Write Barrier)和辅助GC(mutator assist).
- 第二次STW会重新扫描部分根对象, 禁用写屏障(Write Barrier)和辅助GC(mutator assist).
需要注意的是, 不是所有根对象的扫描都需要STW, 例如扫描栈上的对象只需要停止拥有该栈的G.
从go 1.9开始, 写屏障的实现使用了Hybrid Write Barrier, 大幅减少了第二次STW的时间.写屏障
因为go支持并行GC, GC的扫描和go代码可以同时运行, 这样带来的问题是GC扫描的过程中go代码有可能改变了对象的依赖树。
例如开始扫描时发现根对象A和B, B拥有C的指针。
- GC先扫描A,A放入黑色
- B把C的指针交给A
- GC再扫描B,B放入黑色
- C在白色,会回收;但是A其实引用了C。
为了避免这个问题, go在GC的标记阶段会启用写屏障(Write Barrier).
启用了写屏障(Write Barrier)后,
- GC先扫描A,A放入黑色
- B把C的指针交给A
- 由于A在黑色,所以C放入灰色
- C没有子对象,放入黑色
- 扫描B,B没有子对象,放入黑色
即使A可能会在稍后丢掉C, 那么C就在下一轮回收。
开启写屏障之后,当指针发生改变, GC会认为在这一轮的扫描中这个指针是存活的, 所以放入灰色。
root
首先标记root跟对象,根对象的子对象也是存活的。
根对象包括:全局变量,各个G stack上的变量等。