Go的垃圾回收(Garbage Collection)如何工作?

东白随记
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22 2004-04

Go语言的垃圾回收(Garbage Collection,简称GC)是一种自动内存管理机制,用于自动检测和回收不再使用的内存对象,以防止内存泄漏和内存碎片。Go的垃圾回收器在运行时动态地、自动地管理内存,开发人员无需显式地分配和释放内存。

Go的垃圾回收器工作原理大致如下:

1. 标记阶段(Marking Phase):垃圾回收器从根(roots)开始,递归地遍历所有可达的对象。这些根通常包括全局变量、栈上的变量以及寄存器中的值等。在遍历过程中,垃圾回收器会标记已访问过的对象,以确定哪些对象是活动的(即仍在被使用)。

2. 扫描阶段(Scanning Phase):在标记阶段完成后,垃圾回收器会扫描堆上的所有对象,查找未被标记的对象。这些对象就是垃圾回收器需要回收的内存。

3. 清理阶段(Cleanup Phase):在扫描阶段结束后,垃圾回收器会释放未被引用的对象的内存空间。这个过程是并发进行的,不会阻塞程序的执行。

Go的垃圾回收器采用了三色标记算法(Three-Color Mark-and-Sweep),该算法使用三种颜色来标记对象:白色、灰色和黑色。白色表示未被访问过的对象,灰色表示已被访问但子对象还未全部被访问的对象,黑色表示已被访问且子对象也已全部被访问的对象。

Go的垃圾回收器还具有一些优化和特性:

1. 分代收集(Generational Collection):Go的垃圾回收器采用分代收集的思想,根据对象的生命周期将其分为不同的“代”。新分配的对象属于年轻代(Young Generation),经过一定次数的GC后,幸存的对象会被移动到老年代(Old Generation)。这种分代收集的策略可以提高GC的效率。

2. 并发标记与清扫(Concurrent Marking and Sweep):Go的垃圾回收器在运行时与程序并发执行,即在程序运行的同时进行GC。这样可以减少GC对程序性能的影响。

3. 停止-复制(Stop-The-World)与写屏障(Write Barrier):为了确保在GC过程中不会出现漏标或误标的情况,Go的垃圾回收器会在某些时候暂停程序的执行(即停止-复制)。此外,为了在程序运行时动态地更新对象引用关系并保持GC的正确性,Go使用了写屏障技术。

总之,Go的垃圾回收器通过自动地、动态地管理内存,帮助开发人员避免了显式地分配和释放内存的繁琐工作,同时也确保了内存的高效使用和程序的稳定性。