go語言垃圾回收機制是什么樣的

今天小編給大家分享的是go語言垃圾回收機制是什么樣的，相信很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，所以給大家總結了以下內容，一起往下看吧。一定會有所收獲的哦。

go語言有垃圾回收。Go語言自帶垃圾回收機制（GC）；GC通過獨立的進程執行，它會搜索不再使用的變量，并將其釋放。在計算中。內存空間包含兩個重要的區域：棧區 (Stack) 和堆區 (Heap)；棧區一般存儲了函數調用的參數、返回值以及局部變量，不會產生內存碎片，由編譯器管理，無需開發者管理；而堆區會產生內存碎片，在Go語言中堆區的對象由內存分配器分配并由垃圾收集器回收。

Go語言自帶垃圾回收機制（GC）。GC 通過獨立的進程執行，它會搜索不再使用的變量，并將其釋放。需要注意的是，GC 在運行時會占用機器資源。

Go 語言中的垃圾回收機制 GC 詳解

在計算機科學中，垃圾回收 (Garbage Collection 簡稱 GC) 是一種自動管理內存的機制，垃圾回收器會去嘗試回收程序不再使用的對象及占用的內存

程序員受益于 GC，無需操心、也不再需要對內存進行手動的申請和釋放操作，GC 在程序運行時自動釋放殘留的內存
GC 對程序員幾乎不可見，僅在程序需要進行特殊優化時，通過提供可調控的 API，對 GC 的運行時機、運行開銷進行把控的時候才得以現身

在計算中，內存空間包含兩個重要的區域：棧區 (Stack) 和堆區 (Heap)；棧區一般存儲了函數調用的參數、返回值以及局部變量，不會產生內存碎片，由編譯器管理，無需開發者管理；而堆區會產生內存碎片，在 Go 語言中堆區的對象由內存分配器分配并由垃圾收集器回收。【相關推薦：Go視頻教程、編程教學】

通常，垃圾回收器的執行過程劃分為兩個半獨立的組件：

• 用戶程序 (Mutator)：用戶態代碼，對于 GC 而言，用戶態代碼僅僅只是在修改對象之間的引用關系

• 收集器 (Colletor)：負責執行垃圾回收的代碼

一、內存管理和分配

當內存不再使用時，Go 內存管理由其標準庫自動執行，即從內存分配到 Go 集合。內存管理一般包含三個不同的組件，分別是用戶程序 (Mutator)、分配器 (Allocator) 和收集器 (Collector)，當用戶程序申請內存時，它會通過內存分配器申請新內存，而分配器會負責從堆中初始化相應的內存區域

1.1 內存分配器的分配方法

在編程語言中，內存分配器一般有兩種分配方法：

• 線性分配器 (Sequential Allocator，Bump Allocator)

• 空閑鏈表分配器 (Free-List Allocator)

線性分配器

線性分配 (Bump Allocator) 是一種高效的內存分配方法，但是有較大的局限性。當用戶使用線性分配器時，只需要在內存中維護一個指向內存特定位置的指針，如果用戶程序向分配器申請內存，分配器只需要檢查剩余的空閑內存、返回分配的內存區域并修改指針在內存中的位置；

雖然線性分配器有較快的執行速度以及較低的實現復雜度，但線性分配器無法在內存釋放后重用內存。如下圖，如果已經分配的內存被回收，線性分配器無法重新利用紅色的內存

因此線性分配器需要與適合的垃圾回收算法配合使用

• 標記壓縮 (Mark-Compact)

• 復制回收 (Copying GC)

• 分代回收 (Generational GC)

以上算法可以通過拷貝的方式整理存活對象的碎片，將空閑內存定期合并，這樣就能利用線性分配器的效率提升內存分配器的性能了

空閑鏈表分配器

空閑鏈表分配器 (Free-List Allocator) 可以重用已經被釋放的內存，它在內部會維護一個類似鏈表的數據結構。當用戶程序申請內存時，空閑鏈表分配器會依次遍歷空閑的內存塊，找到足夠大的內存，然后申請新的資源并修改鏈表

空閑鏈表分配器常見有四種策略：

• 首次適應 (First-Fit) — 從鏈表頭開始遍歷，選擇第一個大小大于申請內存的內存塊

• 循環首次適應 (Next-Fit) — 從上次遍歷的結束位置開始遍歷，選擇第一個大小大于申請內存的內存塊

• 最優適應 (Best-Fit) — 從鏈表頭遍歷整個鏈表，選擇最合適的內存塊

• 隔離適應 (Segregated-Fit) — 將內存分割成多個鏈表，每個鏈表中的內存塊大小相同，申請內存時先找到滿足條件的鏈表，再從鏈表中選擇合適的內存塊

其中第四中策略與 Go 語言中使用的內存分配策略相似

該策略會將內存分割成由 4、8、16、32 字節的內存塊組成的鏈表，當我們向內存分配器申請 8 字節的內存時，它會在上圖中找到滿足條件的空閑內存塊并返回。隔離適應的分配策略減少了需要遍歷的內存塊數量，提高了內存分配的效率

1.2 Go 中的內存分配

一張圖展示內存分配組成：

在 Go 語言中，堆上的所有對象都會通過調用 runtime.newobject 函數分配內存，該函數會調用 runtime.mallocgc 分配指定大小的內存空間，這也是用戶程序向堆上申請內存空間的必經函數

func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
	mp := acquirem()
	mp.mallocing = 1

	c := gomcache()
	var x unsafe.Pointer
	noscan := typ == nil || typ.ptrdata == 0
	if size <= maxSmallSize {
		if noscan && size < maxTinySize {
			// 微對象分配
		} else {
			// 小對象分配
		}
	} else {
		// 大對象分配
	}

	publicationBarrier()
	mp.mallocing = 0
	releasem(mp)

	return x}

從代碼中可以看出 runtime.mallocgc 根據對象的大小執行不同的分配邏輯，根據對象大小將它們分成微對象、小對象和大對象

• 微對象 (0, 16B) — 先使用微型分配器，再依次嘗試線程緩存、中心緩存和堆分配內存

• 小對象 [16B, 32KB] — 依次嘗試使用線程緩存、中心緩存和堆分配內存

• 大對象 (32KB, +∞) — 直接在堆上分配內存

小分配

對于小于 32kb 的小分配，Go 會嘗試從 mcache 的本地緩存中獲取內存，該緩存處理一個跨度列表 (32kb 的內存塊) mspan

每個線程 M 都分配給一個處理器 P，一次最多處理一個 goroutine。在分配內存時，當前的 goroutine 將使用其當前的本地緩存 P 來查找 span 列表中第一個可用的空閑對象

大分配

Go 不使用本地緩存管理大型分配。這些大于 32kb 的分配被四舍五入到頁面大小，頁面直接分配到堆中

二、垃圾回收

在 Go 語言中，垃圾回收器實現的算法是一個并發的三色標記和掃描收集器

垃回收器與 Go 程序同時運行，因此需要通過一種寫屏障算法來檢測內存中的潛在變化。啟動寫屏障的唯一條件是在短時間內停止程序，即 “Stop the World”

寫屏障的目的是允許收集器在收集期間保持堆上的數據完整性

2.1 實現原理

Go 語言的垃圾收集可以分成清除終止、標記、標記終止和清除四個不同的階段，其中兩個階段會產生 Stop The World (STW)

清除終止階段

• 暫停程序，所有的處理器在這時會進入安全點（Safe point）

• 如果當前垃圾收集循環是強制觸發的，我們還需要處理還未被清理的內存管理單元

標記階段 (STW)

• 將狀態切換至 _GCmark、開啟寫屏障、用戶程序協助（Mutator Assists）并將根對象入隊

• 恢復執行程序，標記進程和用于協助的用戶程序會開始并發標記內存中的對象，寫屏障會將被覆蓋的指針和新指針都標記成灰色，而所有新創建的對象都會被直接標記成黑色

• 開始掃描根對象，包括所有 Goroutine 的棧、全局對象以及不在堆中的運行時數據結構，掃描 Goroutine 棧期間會暫停當前處理器

• 依次處理灰色隊列中的對象，將對象標記成黑色并將它們指向的對象標記成灰色

• 使用分布式的終止算法檢查剩余的工作，發現標記階段完成后進入標記終止階段

標記終止階段 (STW)

• 暫停程序、將狀態切換至 _GCmarktermination 并關閉輔助標記的用戶程序

• 清理處理器上的線程緩存

清理階段

• 將狀態切換至 _GCoff 開始清理階段，初始化清理狀態并關閉寫屏障

• 恢復用戶程序，所有新創建的對象會標記成白色

• 后臺并發清理所有的內存管理單元，當 Goroutine 申請新的內存管理單元時就會觸發清理

2.2 三色標記法

三色標記算法將程序中的對象分成白色、黑色和灰色三類：

• 白色對象 — 潛在的垃圾，其內存可能會被垃圾收集器回收

• 黑色對象 — 活躍的對象，包括不存在任何引用外部指針的對象以及從根對象可達的對象

• 灰色對象 — 活躍的對象，因為存在指向白色對象的外部指針，垃圾收集器會掃描這些對象的子對象

三色標記垃圾收集器的工作原理很簡單，可以將其歸納成以下幾個步驟：

• 從灰色對象的集合中選擇一個灰色對象并將其標記成黑色

• 將黑色對象指向的所有對象都標記成灰色，保證該對象和被該對象引用的對象都不會被回收

• 重復上述兩個步驟直到對象圖中不存在灰色對象

關于go語言垃圾回收機制是什么樣的就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的參考價值，可以學以致用。如果喜歡本篇文章，不妨把它分享出去讓更多的人看到。