[Java知识库]Golang-垃圾回收-三色标记法

1.垃圾回收回顾

1.1 概念：

垃圾回收算法目前常见的也就那么几种，如：标记-清除、标记-复制、标记-整理。在此基础上可以采用分代管理（新生代、老年代、永久代），每代采用不同的垃圾回收算法，以提高整体的回收效率。

1.2 步骤：

• 标记存活对象和可回收对象（可达性分析算法、计数法）
• 对可回收对象采用进行垃圾回收处理

1.3 标记方法：

• 可达性分析算法：可达性分析算法是以根对象集合（GC Roots）为起始点，按照从上至下的方式进行搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），通过判断对象与GC Roots之间是否有引用链相连来判断该对象是否需要回收，如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象已经死亡，可以标记为垃圾对象。
• 引用计数算法：为每一个对象分配一个计数器，当这个对象被另一个对象引用时，这个计数器就加一；当被另一个对象取消引用时，计数器就减一。当这个计数器的值为零时，就表示当前对象没有被任何对象所引用，那么这个对象就可以被垃圾回收器进行回收了。该方法实现起来非常简单，但是有一个致命的缺点，那就是不能解决各对象之间循环引用的问题。

2.三色标记法

2.1 基本概念：

根据可达性分析，从GC Roots开始进行往下进行，可达的则为存活对象

我们把搜索过程中遇到的对象，按是"否访问过"这个条件标记成以下三种颜色：

• 白色：尚未访问过。
• 黑色：本对象已访问过，而且本对象引用到的其他对象也全部访问过了。
• 灰色：本对象已访问过，但是本对象引用到的其他对象尚未全部访问完。

2.2 过程

1. 开始时，将所有的对象都加入到【白色集合】中去。
2. 将GC roots从【白色集合】中转移到【灰色集合】中去
3. 将GC roots直接引用到的所有对象转移到【灰色集合】中，同时将GC roots转移到【黑色集合】中去。
4. 从【灰色集合】中获取对象：
   将该对象 引用到的 其他对象 全部挪到 【灰色集合】中；
   将该对象 挪到 【黑色集合】里面。
5. 重复步骤3，直至【灰色集合】为空时结束。
6. 结束后，仍在【白色集合】的对象即为GC Roots 不可达，可以进行回收。

第一步程序将会Stop The World，这时候对象间的引用是不会发生变化的，可以轻松完成标记。而当需要支持并发标记时，即标记期间应用线程还在继续跑，对象间的引用可能发生变化，多标和漏标的情况就有可能发生。

2.3 多标-浮动垃圾

如上图所示，假设引用链已经走到E（灰色集合）了，这个时候应用执行了objD.fieldE = null，此时D与E之间的引用链将断开，此刻之后，对象E/F/G是“应该”被回收的。然而因为E已经变为灰色了，其仍会被当作存活对象继续遍历下去。最终的结果是：这部分对象仍会被标记为存活，即本轮GC不会回收这部分内存。
这部分本应该回收 但是 没有回收到的内存，被称之为“浮动垃圾”。浮动垃圾并不会影响应用程序的正确性，只是需要等到下一轮垃圾回收中才被清除。

另外，针对并发标记开始后的新对象，通常的做法是直接全部当成黑色，本轮不会进行清除。这部分对象期间可能会变为垃圾，这也算是浮动垃圾的一部分。

2.4 漏标-读写屏障

如上图所示，假设搜索到引用链已经走到E（灰色集合），此时执行代码：

var G = objE.fieldG; 
objE.fieldG = null;  // 灰色E 断开引用 白色G 
objD.fieldG = G;  // 黑色D 引用 白色G

此时切回GC线程继续跑，因为E已经没有对G的引用了，所以不会将G放到灰色集合；尽管因为D重新引用了G，但因为D已经是黑色了，不会再重新做遍历处理。
最终将会导致G会一直停留在白色集合中，最后被当作垃圾进行清除。这直接影响到了应用程序的正确性，是不可接受的。

漏标需同时满足以下两个条件：
1.【灰色集合】对象断开对【白色集合】对象的引用。
2.【黑色集合】对象在GC期间重新引用【白色对象】

解决漏标—读写屏障