關於網上各類GO語言GC文章的一些困惑和我的理解

目前網上有不少不錯的介紹GO語言三色標記GC的文章和源碼分析，這裏推薦一篇我的感受寫的比較不錯的從源碼層面解析GO GC的博客Golang 垃圾回收剖析。看這些文章的過程當中也產生了一些困惑，這裏分享一下我的的思考，若是有不許確的地方歡迎你們批評指正。

困惑1：什麼是root對象？

介紹go gc的文章都會提到，在三色標記的過程當中，從root對象開始遍歷找出全部的活躍對象，但我收集到的資料裏沒有提到什麼是root。那什麼是root對象呢？

• 全局變量：可執行文件的.data和.bss域記錄了全局變量的內存地址，被這寫內存地址指向的內存是活躍對象。
• go routine stack：go routine的的局部變量若是分配在堆上，須要GC來管理內存的回收，go routine的stack有相似於程序棧的棧結構，找到經過go routine stack裏記錄的變量的內存地址，能夠找到活躍的局部變量。

經過廣度優先遍歷，能夠從root開始找出全部的活躍對象，也包括被間接引用的對象(即被root直接引用的對象中包含的指針所引用的對象)。
p.s. 分配在程序棧上的對象，會隨着函數調用結束棧指針變化而被操做系統回收，不須要GC來處理。

困惑2：怎麼知道一個對象被引用仍是沒有被引用？

被引用
一個活躍的對象包括他所佔用的內存和指向這塊內存的指針，若是程序中存在一個上述的可被追蹤的內存地址指向這塊內存，則對象是活躍的。聲明變量和給變量賦值的時候會改變引用關係。

一個對象怎麼從被引用變成不被引用的

1. 一個go routine執行結束了，這個go routine stack上記錄的局部變量的內存地址所引用的對象就不可達了，不會被GC標記爲活躍對象。
2. 下面的例子中，給變量s從新賦值以後，s這個變量引用的是"bye"，而"hello"這個字符串對象沒有被指針引用，佔用的內存就會被GC回收。而經過對象池，複用結構體，每次使用時重置結構體字段的值(此時結構體不會被回收)，就能減小分配和回收內存的次數，提升程序的性能。

s := "hello"
s = "bye"
複製代碼

困惑3：GC線程跟用戶線程並行執行標記的時候，有兩次短暫的STW的緣由

這是因爲在GC進行標記的時候，用戶進程還能夠繼續申請新的對象，若是這個新的對象被一個黑色對象引用，因爲GC不會再去掃描黑色的對象，那麼這個新申請的對象就不會被GC掃描到，而被錯誤的清除。
因此Go語言使用寫屏障的機制(write barrier)來記錄GC標記過程當中對這些新申請對象的引用，並在GC標記的最後階段從新掃描(re-scan)這部分變化的引用關係。
在GC開始的時候有一個短暫的STW來開啓寫屏障，能夠理解成生成一個當前內存狀況的"快照"，後面能夠根據這個"快照"判斷哪些變化了的引用關係。在GC標記的最後階段的STW就是來執行這個re-scan去處理write barrier記錄下來的變化，此時若是不STW那麼GC標記就會進入死循環永遠沒法完成。

困惑4：GC清除對象的時候，沒有STW並且是跟用戶線程並行執行的，如何避免對象引用關係變化而致使有對象被錯誤清除的？

這個困惑是在瞭解了Go的內存管理機制後有了答案的。由於Go語言會給對象記錄一個GC generation。GC的並行標記和寫屏障會保證在GC開始前已經存在的對象和標記過程當中新分配的對象具備相同的gc geneartion。而標記結束之後，執行清除的過程當中新產生的對象的GC generation不一樣，GC只會清除具備上次執行標記時的generation的對象。因此以後新產生的對象，在gc清除的時候不管是否被引用，都要等到下一個GC週期纔有可能被清除。