Go：內存管理與內存清理

Illustration created for 「A Journey With Go」, made from the original Go Gopher, created by Renee French.

這篇文章基於 Go 1.13 版本。有關內存管理的討論在個人文章 」Go:內存管理與分配 」 中有解釋。

清理內存是一個過程，它可以讓 Go 知道哪些內存段最近可用於分配。可是，它並不會使用將位置 0 的方式來清理內存。

將內存置 0

將內存置 0 的過程 —— 就是把內存段中的全部位賦值爲 0 —— 是在分配過程當中即時執行的。

Zeroing the memory

可是，咱們可能想知道 Go 採用什麼樣的策略去知道哪些對象可以用於分配。因爲在每一個範圍內有一個內部位圖 allocBits ，Go 實際上會追蹤那些空閒的對象。讓咱們從初始態開始來回顧一下它的工做流程，

Free objects tracking with allocBits

就性能角度來看，allocBits 表明了一個初始態而且會保持不變，可是它會由 freeIndex（一個指向第一個空閒位置的增量計數器）所協助。

而後，第一個分配就開始了：

Free objects tracking with allocBits

freeIndex 如今增長了，而且基於 allocBits 知道了下一段空閒位置。

分配過程將會再一次出現，以後， GC 將會啓動去釋放再也不被使用的內存。在標記期間，GC 會用一個位圖 gcmarkBits 來跟蹤在使用中的內存。讓咱們經過咱們運行的程序以相同的示例爲例，在第一個塊再也不被使用的地方。

Memory tracking during the garbage collector

正在被使用的內存被標記爲黑色，然而當前執行並不可以到達的那些內存會保持爲白色。

有關更多關於標記和着色階段的信息，我建議你閱讀個人這篇文章 Go：GC 是如何標記內存的？ 如今，咱們可使用 gomarkBits 精確查看可用於分配的內存。Go 如今也使用 gomarkBits 代替了 allocBits ，這個操做就是內存清理：

Sweeping a span

可是，這必須在每個範圍內執行完畢而且會花費許多時間。Go 的目標是在清理內存時不阻礙執行，併爲此提供了兩種策略。

清理階段

Go 提供了兩種方式來清理內存：

• 使用一個工做程序在後臺等待，一個一個的清理這些範圍。
• 當分配須要一個範圍的時候即時執行。

關於後臺工做程序，當開始運行程序時，Go 將設置一個後臺運行的 Worker（惟一的任務就是去清理內存），它將進入睡眠狀態並等待內存段掃描：

Background sweeper

經過追蹤過程的週期，咱們也能看到這個後臺工做程序老是出現去清理內存：

Background sweeper

清理內存段的第二種方式是即時執行。可是，因爲這些內存段已經被分發到每個處理器的本地緩存 mcache 中，所以很難追蹤首先清理哪些內存。這就是爲何 Go 首先將全部內存段移動到 mcentral 的緣由。

Spans are released to the central list

而後，它將會讓本地緩存 mcache 再次請求它們，去即時清理：

Sweep span on the fly during allocation

即時掃描確保全部內存段在保存資源的過程當中都會獲得清理，同時會保存資源以及不會阻塞程序執行。

與 GC 週期的衝突

正如以前看到的，因爲後臺只有一個 worker 在清理內存塊，清理過程可能會花費一些時間。可是，咱們可能想知道若是另外一個 GC 週期在一次清理過程當中啓動會發生什麼。在這種狀況下，這個運行 GC 的 Goroutine 就會在開始標記階段前去協助完成剩餘的清理工做。讓咱們舉個例子看一下連續調用兩次 GC，包含數千個對象的內存分配的過程。

Sweeping must be finished before a new cycle

可是，若是開發者沒有強制調用 GC，這個狀況並不會發生。在後臺運行的清理工做以及在執行過程當中的清理工做應該足夠多，由於清理內存塊的數量和去觸發一個新的週期（譯者注：GC 週期）的所需的分配的數量成正比。

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做者：Vincent Blanchon 譯者：sh1luo 校對：polaris1119

本文由 GCTT 原創編譯，Go語言中文網 榮譽推出