Go 语言的垃圾回收机制

Go 语言的垃圾回收机制（Garbage Collection，简称 GC）
1. 垃圾回收的工作原理
2. 并发与回收
3. 优点和缺点
4. 调整和监控
在 Go 语言中，垃圾回收（GC）机制主要通过“引用计数”和“可达性分析”来判断资源是否需要回收。
1. 可达性分析
2. 触发垃圾回收的条件
3. 捡垃圾的标准
对象树
对象树的基本概念
对象树的挂载
对象树与内存管理
4. 影响垃圾回收

Go 语言的垃圾回收机制（Garbage Collection，简称 GC）

是一种自动的内存管理方法，它负责自动释放不再使用的内存，以避免内存泄漏和碎片化。Go 的垃圾回收机制设计目的在于简化开发者的内存管理工作，同时保持程序的高效性。

1. 垃圾回收的工作原理

Go 使用了一种称为标记-清除（mark-and-sweep）的算法进行垃圾回收，这一过程通常包括以下几个步骤：

标记阶段：GC 从根对象（如全局变量、活跃的 goroutines 和栈上的变量）开始，递归地遍历所有可达对象。遍历过程中，将所有可以被访问到的对象标记为活跃（即仍然在使用的对象）。清除阶段：遍历所有对象，清除未被标记的对象（不再可达的对象），并回收其占用的内存。

2. 并发与回收

Go 的垃圾回收机制是并发的，意味着它能够在程序运行时自动进行垃圾回收，不会暂停整个程序。这种设计减少了“停顿”时间，使其对性能的影响更小。

G1 垃圾回收器（Go 1.5 中引入）：支持同时执行的标记和清理过程，从而在后台工作，减少暂停时间。三色标记法：使用三种颜色（白色、灰色、黑色）来表示对象的状态，以控制标记过程。

3. 优点和缺点

   优点：自动内存管理：开发者无需手动管理内存分配和释放，降低了内存泄漏的风险。简化开发：简化了代码的复杂性，提高了开发效率。缺点：性能负担：GC 的开销可能在内存使用高峰期或需要频繁进行回收时引入延迟。不可预测的停顿时间：尽管 Go 的 GC 尽量减少停顿时间，但仍然可能在某些情况下导致不可预测的延迟。

4. 调整和监控

Go 提供了一些运行时参数，让开发者可以监控和调整垃圾回收行为，例如：

环境变量 GOGC：用于设置垃圾回收的目标百分比。可以通过调整此变量来影响 GC 的频率，默认值为 100。运行时监控：可以使用 runtime.ReadMemStats 来获取内存使用情况和 GC 相关的统计信息。

在 Go 语言中，垃圾回收（GC）机制主要通过“引用计数”和“可达性分析”来判断资源是否需要回收。

1. 可达性分析

Go 语言使用的是标记-清除（mark-and-sweep）垃圾回收算法，其核心思想是通过“可达性分析”来判断哪些对象是仍然可用的，哪些是可以安全回收的。以下是具体步骤：根对象：GC 从根对象开始，包括全局变量、栈上的变量和正在执行的 goroutine。对象树遍历：GC 会递归地遍历从这些根对象可达的所有对象（通过指针引用）。在遍历过程中，“标记”所有被访问到的对象为“活跃的”（可用的）。标记阶段：所有通过根对象可达的对象都被标记，代表它们仍在使用中。清除阶段：在标记结束后，所有未被标记的对象将被视为不再可用，GC 会释放这些对象占用的内存。

2. 触发垃圾回收的条件

Go 的垃圾回收是自动的，会在特定条件下触发：

内存使用量：内存使用量超过一定的阈值时，垃圾回收会被触发。Go 使用环境变量 GOGC 来调整垃圾收集的目标百分比，默认值为 100，即当已分配的内存大小与垃圾回收前的内存使用量的比例达到 100% 时，会触发 GC。分配新对象：在分配新的对象时，Go 会检查当前的内存使用情况，并可能触发垃圾回收，以确保有足够的内存空间。手动触发：开发者可以使用 runtime.GC() 函数在代码中手动触发垃圾回收。

3. 捡垃圾的标准

为了判断一个对象是否可以被回收，GC 需要遵循一些标准：

可达性：如果一个对象从根对象不可达，则该对象会被判定为“可回收”。指针引用：在遍历过程中，如果一个对象包含指向其他对象的引用，GC 会跟随这些指针以标记出所有可达对象。

对象树

“对象树”这个概念通常指的是在内存中由对象（如结构体、切片、映射等）组成的层级结构。这种结构有助于理解对象之间的关系，以及它们在垃圾回收时如何被标记和管理。

对象树的基本概念

根对象（Root Objects）：

垃圾回收从一些称为根对象的起始点开始。根对象通常包括全局变量、栈上的局部变量和正在执行的 goroutines。
任何可以从应用程序的“根”访问到的对象都被称为可达的。

边（Edges）：

在对象树中，对象之间通过指向其他对象的指针构成关系。
这些指向其他对象的指针被称为“边”。
每当一个对象列表或切片包含指向其他对象的指针时，就形成了更多的对象层级。

标记和遍历：

在垃圾回收时，GC 理论上会从这些根对象开始，通过访问指针来标记所有与之可达的对象，
以构建出可达性图，再从图中识别出不可达的对象。

对象树的挂载

基本类型变量（如 int, float64, string 等）：
当你声明一个基本类型的变量时，它本身不会直接挂载到对象树，
因为基本类型的值不包含对其他对象的引用。基本类型的值是堆栈上简单的原始数据。
var a int = 10 // 基本类型变量不在对象树中切片、映射、通道、接口、指针等引用类型：
当你声明类似切片、映射或者其他引用类型的变量时，虽然你变量的值在栈上，
但它包含的指针或引用将使它在对象树中占有一席之地。这是因为这些类型指向分配在堆上的数据。
// 切片类型变量，挂载到对象树
slice := []int{1, 2, 3}