Go垃圾回收之三色标记算法

转自公众号“灰子学技术”，原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/SFJoSSbvv3KyYKz4osUnFw

三色标记法介绍：

三色标记法(tricolor mark-and-sweep algorithm)是传统 Mark-Sweep 的一个改进，它是一个并发的 GC 算法，在Golang中被用作垃圾回收的算法，但是也会有一个缺陷，可能程序中的垃圾产生的速度会大于垃圾收集的速度，这样会导致程序中的垃圾越来越多无法被收集掉。原理如下所示：

step 1: 创建：白、灰、黑 三个集合。

step 2: 将所有对象放入白色集合中。

step 3: 从根节点开始遍历所有对象，把遍历到的对象从白色集合放入灰色集合(备注：这里放入灰色集合的都是根节点的对象)。

step 4: 遍历灰色集合，将灰色对象引用的对象(备注：这里指的是灰色对象引用到的所有对象，包括灰色节点间接引用的那些对象)从白色集合放入灰色集合，然后将分析过的灰色对象放入黑色集合。

step 5: 直到灰色中无任何对象。

step 6: 通过写屏障(write-barrier)检测对象有变化，重复以上操作(备注：因为 mark 和用户程序是并行的，所以在上一步执行的时候可能会有新的对象分配，写屏障是为了解决这个问题引入的)。

step 7: 收集所有白色对象（垃圾）。

例子如下所示：

1. 初始阶段，假设当前的对象调用情况如下所示，root ->A->B/A->C/A<->D；root->F; E; G->H;

根据算法，会将所有的对象都放到白色集合当中，对应于step 1和step 2。

2. GC开始扫描，这里会从根节点开始，遍历发现只有A和F是根节点，于是将A、F从白色集合移动到灰色集合当中，在白色结合中之后剩下B、C、D、E、G、H这些节点，对应于step 3。

3. GC继续扫描灰色集合，会将灰色集合中的节点中引用的节点移动到灰色集合当中，本例中A节点引用的节点B、C、D会被移动到灰色集合中，紧接着A发现自己引用的所有子节点都已经在灰色集合了，便会被移动到黑色集合中，同时F节点没有自节点，也会被移动到黑色集合当中，对应于step 4。

4. GC会循环遍历灰色集合，直到灰色集合之中没有节点为止，在本例中，发现B、C、D都没有子节点在白色集合中，便将B、C、D都移动到黑色集合中，对应于step 5。

5. 此时只剩下E、G、H在白色集合中，剩下的对象都在黑色集合中，GC便清除白色集合中的对象，也就是进行回收这些对象，对应于step 7。

6. 上面的垃圾回收结束之后，GC会在进行一步操作，也就是将黑色集合变色成白色集合，供下一次垃圾回收使用。

参考文档

一张图了解三色标记法：http://idiotsky.top/2017/08/16/gc-three-color/

golang里gc相关的write barrier(写屏障）是个什么样的过程或者概念？：https://www.zhihu.com/question/62000722/answer/193462425

02.2跟雨痕看 go 源码- 并发清理与三色标记：https://blog.csdn.net/bairongdong1/article/details/52216360

Go的三色标记GC ：https://segmentfault.com/a/1190000012597428

Golang GC(垃圾回收) - 三色标记算法：https://juejin.im/post/5c62d45ee51d457fa44f4404

Golang’s Real-time GC in Theory and Practice ：https://making.pusher.com/golangs-real-time-gc-in-theory-and-practice/

Garbage Collection In Go : Part I - Semantics：https://www.ardanlabs.com/blog/2018/12/garbage-collection-in-go-part1-semantics.html

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