前言
当我们说 Go 的垃圾回收的时候,通常会提到三色标记法。有的同学可能听到算法里有颜色就会开始慌,因为另一个同样有颜色的算法就是红黑树。红黑树的各种规则各种旋转让人各种头疼,现在更可怕的是三色标记法竟然有三种颜色。那么事实上真的这样吗?并不是,颜色多不一定难,因为这个三色标记法一分钟就可以学会了。
追踪式垃圾回收(Tracing garbage collection)
主流的两类垃圾回收算法有两种,分别是追踪式垃圾回收算法[1]和引用计数法( Reference counting )。而三色标记法是属于追踪式垃圾回收算法的一种。
追踪式算法的核心思想是判断一个对象是否可达,因为一旦这个对象不可达就可以立刻被 GC 回收了。那么我们怎么判断一个对象是否可达呢?很简单,第一步找出所有的全局变量和当前函数栈里的变量,标记为可达。第二步,从已经标记的数据开始,进一步标记它们可访问的变量,以此类推,专业术语叫传递闭包。
为什么需要三色标记法?
在三色标记法之前有一个算法叫Mark-And-Sweep(标记清扫),这个算法就是严格按照追踪式算法的思路来实现的。这个算法会设置一个标志位来记录对象是否被使用。最开始所有的标记位都是 0,如果发现对象是可达的就会置为 1,一步步下去就会呈现一个类似树状的结果。等标记的步骤完成后,会将未被标记的对象统一清理,再次把所有的标记位设置成 0 方便下次清理。
这个算法最大的问题是 GC 执行期间需要把整个程序完全暂停,不能异步进行 GC 操作。因为在不同阶段标记清扫法的标志位 0 和1有不同的含义,那么新增的对象无论标记为什么都有可能意外删除这个对象。对实时性要求高的系统来说,这种需要长时间挂起的标记清扫法是不可接受的。所以就需要一个算法来解决 GC 运行时程序长时间挂起的问题,那就三色标记法。
三色标记法好在哪里?
相比传统的标记清扫算法,三色标记最大的好处是可以异步执行,从而可以以中断时间极少的代价或者完全没有中断来进行整个 GC。
三色标记法很简单[2]。首先将对象用三种颜色表示,分别是白色、灰色和黑色。最开始所有对象都是白色的,然后把其中全局变量和函数栈里的对象置为灰色。第二步把灰色的对象全部置为黑色,然后把原先灰色对象指向的变量都置为灰色,以此类推。等发现没有对象可以被