Golang垃圾回收机制
Golang垃圾回收机制：标记清理法、三色标记法、混合写屏障。
垃圾回收（Garbage Collection）是编程语言提供的自动内存管理机制，自动释放不需要的对象，让出内存资源。
Golang的垃圾回收机制经历了很多次变革：
- Go V1.3 标记-清除（mark and sweep）算法；
- Go V1.5 三色标记法，STW；
- Go V1.5 屏障机制，强弱三色不变式，插入屏障、删除屏障；
- Go V1.8 混合写屏障。
一、标记-清除算法
标记清除算法分为两个阶段，第一个阶段是标记（mark phase），第二个阶段是清除阶段（sweep phase）。具体步骤是：
- 暂停业务逻辑（Stop The World，STW），分类出可达和不可达的对象，做上标记。如果有其他对象或者程序使用的对象，则为可达的，没有其他对象使用的则是不可达的。
- 从程序入口开始，依次将可达对象做上标记。
- 清除没有标记的对象，停止暂停，让程序继续跑。
执行标记清除算法的时候，需要执行STW，程序暂停，CPU不执行用户代码，全部用于垃圾回收，很耗时，而且程序会出现卡顿。
算法过程干脆，但是有缺点：
- STW让程序暂停，出现卡顿（重要问题）；
- 标记需要扫描整个heap；
- 清除数据会产生heap碎片。
V1.3之前，STW的暂停范围：启动STW -> 标记 -> 清除 -> 停止STW，全部的GC时间都在STW的范围之内。V1.3的时候做了一个优化，STW的暂停范围：STW -> 标记 -> 停止STW。清除在停止STW之后，因为要清除的对象已经是不可达对象了，所以不会出现回收写冲突的问题。
但是无论怎么优化，标记清除算法都会暂停整个程序。
二、三色标记法
三色标记法就是使用三个阶段来标记对象，具体过程：
- 程序起初创建，全部标记为【白色】，每次新创建的对象，默认颜色都是【白色】。（程序有一个根节点集合，每个根节点都有指向不同的对象。）
- 从根节点开始遍历所有的对象，遍历到的对象从【白色】变为【灰色】。遍历不是递归的形式，只遍历一层。第一次遍历是根节点的可达对象。
- 第二次就把当前的灰色节点的可达对象从【白色】放入【灰色】，然后把当前【灰色】放入【黑色】。然后下一次又重复操作，知道所有【灰色】没有任何对象。
- 回收所有【白色】对象，也就是回收垃圾。剩下的全部都是【黑色】对象。
这里面可能会有很多并发流程均会被扫描，执行并发流程的内存可能相互依赖，为了在GC过程中保证数据的安全，我们在开始三色标记之前就会加上STW，在扫描确定黑白对象之后再放开STW。但是很明显这样的GC扫描的性能实在是太低了。
那么Go是如何解决标记-清除(mark and sweep)算法中的卡顿(stw，stop the world)问题的呢？
三、没有STW的三色标记
假如没有STW，会发生什么？有两种情况，在三色标记法中，是不希望被发生的：
- 白色对象被黑色对象引用（白色挂到黑色下）。
- 灰色与他的可达白色对象的关系遭到破坏（灰色丢失白色）。
如果这两种之一的情况发生，就会丢失对象。
四、屏障机制
让GC回收器满足以下两种情况之一，就可以保证对象不丢失：
- 强三色不变式：强制不准黑色对象引用白色对象。
- 弱三色不变式：被黑色引用的对象要处于灰色对象的保护下。
为了遵循上述两个不变式，GC引进了两种屏障方式：
- 插入屏障
- 被引用的对象会被标记为灰色；
- 满足了强三色不变式。
- 对象在内存槽有两种位置，栈和堆，栈空间容量小，但是要求响应速度快，所以插入屏障在栈空间对象操作中不使用。
- 对于堆空间可以直接使用插入屏障，但是对于栈空间只能使用STW的方式。
- 删除屏障
- 被删除的对象，如果自身为白色，则标记为灰色。
- 满足了弱三色不变式。
- 回收精度低，对象被删除了，但是还是能在这一轮存活，下一轮才被删除。
五、混合写屏障（hybrid write barrier）
插入写屏障的短板：结束时需要STW来重新扫描栈。
删除写屏障的短板：回收精度低，GC在开始时STW扫描堆栈来记录初始快照，这个过程会保护开始时刻的所有存货对象。
混合写屏障结合了两者的优点，避免重新扫描的过程，减少了STW的时间。具体操作：
- 将栈上的所有可达对象标记为黑色（不重复扫描，无需STW）；
- GC期间，任何栈上新创建的对象，均为黑色；
- 被删除的对象标记为灰色；
- 添加的对象标记为灰色。