Golang 历代GC设计
- Go V1.3 之前使用标记清除 (mark & sweep)
- Go V1.5 使用三色标记法 + 读写屏障
- Go V1.8 使用 三色标记法 + 混合写屏障机制
标记清除
在程序运行过程中，会出现有些对象没能直接被程序引用到，GC检测到则会触发 STW(Stop The World)暂停程序业务逻辑。
之后则会对可达的对象 1-2-3，4-7 做上标记。
其余的对象 5，6 因为是不可达，则被GC回收。
回收操作自此已经完成，STW暂停解除。程序将继续运行，然后循环重复这个过程，直到程序的生命周期结束。
标记清除的缺点
- STW 暂停会让程序出现卡顿 (影响最大)
- 需要扫描所有的节点，判断其是否可达
- 删除数据会导致产生碎片，对这些碎片的重用或重组比较繁琐
原 STW 流程
启动STW -> Mark标记 -> Sweep清除 -> 停止STW
为了缩短STW暂停程序的时间，把Sweep清除步骤放到了后面
启动STW -> Mark标记 -> 停止STW -> Sweep清除
三色标记法
一种优化之前Mark标记法的方法。
标记分为白色、灰色、黑色三种。
初始状态所有的节点都是白色标记。
从根节点开始往下遍历一层，给此时可达的节点打上灰色标记。
接着遍历灰色节点的标记，给可达的节点打上灰色标记，而原来被遍历的节点则打上黑色标记。
往后重复以上动作，直至没有灰色对象，收集所有白色对象，此时白色对象是垃圾。
如果在使用三色标记法不进行STW，可能会发生的事情：
- 一个白色的对象，被黑色对象引用（因为黑色对象不会再进行扫描，会造成误删这个被引用的白色对象）
- 灰色对象与它原本可达的的白色对象关系遭到破坏
以上两个条件都满足，则会出现对象丢失的现象
强弱三色不变式
如果三色标记中满足强/弱之一，则可以保证对象不会丢失
强三色不变式：强制性不允许黑色对象引用白色对象
弱三色不变式：黑色对象可以引用白色对象，但是白色对象必须存在其它灰色对象对它进行引用，或者可达它的链路上游存在灰色对象
屏障机制
屏障是一种额外的判断机制 （类似 Hook、回调、Handler 机制）
插入屏障
对象被引用的时候，触发的机制 （堆中启用）
具体操作：在 A 对象引用 B 时，B对象被标记为灰色。
满足：强三色不变式 （此时不存在黑色引用白色对象了，因为白色对象会变成黑色）
在最终准备回收白色节点前，将会重新扫描一边栈空间。此时启动STW保护栈，防止外界干扰。最终在对栈内的节点进行一次三色标记法。
插入写屏障的不足：结束时仍需要 STW 来重新扫描栈，大约需要10-100ms。
删除屏障
对象被取消引用的时候，出发的机制
具体操作：被删除的对象，如果自身为灰色或者白色，那么标记为灰色。
满足：弱三色不变式（保证灰色对象到白色对象的路径不会断）
当出现删除节点操作时，触发删除屏障，如果被删除的节点是灰色或者白色，该节点设置为灰色。
最终扫描完之后只删除节点6.节点5，2，3留到下一轮删除。
这是为了保证如果节点5万一被其它节点所引用，则延后删除。
删除写屏障的不足：回收精度低，一个对象即使删除了最后一个指向它的指针也依旧可以存活一轮，在下一轮 GC 中被清理。
混合写屏障机制
具体操作：
- GC 开始时将栈上的对象全部设置为黑色 （为了不再进行第二次重复扫描，无需 STW）
- GC 期间，任何在栈上创建的新对象，均为黑色
- 被删除的对象标记为灰色
- 被添加的对象标记为灰色
满足：变形的弱三色不变式（结合了插入、删除写屏障的优点）
场景一
场景一：一个对象被一个堆对象删除引用时，此时成为栈对象的下游
前提：堆对象4的下游对象是对象7（对象7被对象4引用）
下面两行分别是两个操作
- 一个是把栈对象1的下游挂载上堆对象7
- 一个是把堆对象4中对对象7的引用给删除
混合写屏障流程：
在开始操作时，先吧栈上的所有可达节点设置为黑色。
此时删除对象4对对象7的引用，触发机制。因为对象4是在堆区，所以触发写屏障，标记被删除的对象7为灰色。
场景二
场景二：对象被一个栈对象删除引用，成为另一个栈对象的下游
具体场景：
在程序运行过程中，一个新的栈对象9出现。
此时栈对象9先引用了对象3，然后对象2取消对对象3的引用。（若对象9不引用对象3，对象2继续取消则会让对象3空过一轮，下一轮重复操作的时候作为垃圾去除）
场景三
场景三：对象被一个堆对象删除引用，成为另一个堆对象的下游
具体场景，初始状态在堆处新增了一个节点，直接标记为黑色（此为特殊情况，用于展示机制）。
对象10引用对象7，之后对象4取消对对象7的引用。在取消引用的时候触发了删除屏障，被删除的对象7被标记为灰色。
场景四
场景四：对象从一个栈对象删除引用，成为另一个堆对象的下游
具体场景，栈对象1删除对栈对象2的引用。
堆的对象4把对对象7的引用转移到对象2。（删除对对象7的引用，添加对对象2的引用）删除对对象7的引用时，会触发删除屏障，把对象7标记为灰色
