go 垃圾回收：三色算法

三色算法

go垃圾回收器的操做都是基于三色算法，这篇文章主要来讲明此算法。

注意：三色算法并非go独有的，它也会在其它编程语言中使用到

严格来讲，在Go中这个算法的官方名称是叫作三色标记清除算法（tricolor mark-and-sweep algorithm）。它能够和程序一块儿并发工做而且使用写屏障（write barrier）。这就意味着，当Go程序员运行起来，go调度器去负责应用程序的调度，而垃圾回收器会像调度器处理常规应用程序同样，去使用多个goroutines去进行工做。

这个算法背后的核心思想是由Edsger W. Dijkstra，Leslie Lamport，A.J.Martin，C.S.Scholten和E.F.M.Steffens这些大佬提出的。算法首先发表在论文On-the-fly Garbage Collection：An Exercise in Cooperation上面。三色标记清除算法背后的首要原则就是它把堆中的对象根据它们的颜色分到不一样集合里面。

如今让咱们来谈谈每种颜色集合表明的含义。黑色集合是为了确保没有任何指针指向白色集合。可是白色集合中的对象容许有指针指向黑色集合，由于这不会对垃圾回收器的操做产生影响。灰色集合可能会有指针指向白色集合里的对象。白色集合中的对象就是垃圾回收的候选对象。

注意到没有任何对象能够从黑色集合进到白色集合，这容许算法可以去操做而且清除白色集合里的对象。此外，没有任何黑色集合里的指针对象可以直接指向白色集合中的对象。

当垃圾回收开始，所有对象标记为白色，而后垃圾回收器会遍历全部根对象并把它们标记为灰色。根对象就是程序能直接访问到的对象，包括全局变量以及栈里面的东西。这些对象大多数取决于特定程序的go代码。在这以后，垃圾回收器选取一个灰色的对象，把它变为黑色，而后开始寻找去肯定这个对象是否有指针指向白色集合的对象。这意味着当一个灰色对象因为被其它对象的指针所指而扫描到的时候，这个灰色对象会被标记为黑色。若是扫描发现这个灰色对象有一个或者更多指针指向白色对象时，会把所指向的白色对象放到灰色集合里。只要有灰色集合对象存在，这个过程就会一直进行下去。以后，白色集合里的对象就是没人访问的对象，而且它们所占用的内存能够被回收重用。所以，在这个点上，咱们说白色集合里的元素被垃圾回收了。

若是垃圾回收过程当中，一个灰色对象在某些状况变为不可达状态，它在那次垃圾回收中就不会被回收了，可是不是说下次也不会回收！

在这个过程当中，运行应用程序被叫作修改器（mutator）。mutator去运行一个小的方法叫作写屏障（write barrier），每次堆中的指针被修改写屏障都会去执行。若是堆中对象的指针被修改，就意味着那个对象如今是可触达的，写屏障会把它标记为灰色并把它放到灰色集合中。

mutator负责保持黑色集合中没有任何元素的指针去指向白色集合中的元素。这是在写屏障方法的帮助下完成的。若是维持这个不变状态失败的话，会毁坏垃圾回收过程，而且极可能会以一种丑陋和非预期的方式破坏你的程序。

堆能够当作许多链接对象的图，以下所示，展现了单独一个垃圾回收的过程。

咱们有三种不一样颜色：黑色、白色和黑色。当算法开始的时候，全部对象标记为白色。随着算法继续进行，白色对象移到了其它两种颜色集合的一种里面。最后留在白色集合里面的对象会在未来某个时间点被清理掉。

在前面的图里，你能够看到白色对象E，它是在白色集合里并且能够访问对象F，E不会被任何其它的对象访问到由于没有其它指向E的指针，这使得E成为了垃圾回收的最佳候选人！另外，对象A、B和C是根对象并且老是可达的，所以它们不会被垃圾回收掉。

接下来，算法会去处理留下的灰色集合元素，这意味着对象A和F会进入到黑色集合里。对象A会进入到黑色集合是由于它是一个根元素，而F会进入黑色集合是由于它没有指向任何其它对象可是是在灰色集合里。在对象A被垃圾回收以后，对象F会变成不可达状态而且会在下一次垃圾回收器的处理循环中被回收掉。

Go容许你经过在你的Go代码里放一个runtime.GC()的声明来手动去开启一次垃圾回收。可是，要记住一点，runtime.GC()会阻塞调用器，而且它可能会阻塞整个程序，尤为是若是你想运行一个很是繁忙的并且有不少对象的go程序。这种状况发生，主要是由于你不能在其余任何事都在频繁变化的时候去处理垃圾回收，由于这种状况不会给垃圾回收器机会，去清楚地肯定白色、黑色和灰色集合里的成员。这种垃圾回收状态也被称做是垃圾回收安全点(garbage collection safe-point)。

你能够在https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/mgc.go里找到垃圾回收器相关的高级go代码。你能够学习这个若是你想了解更多关于垃圾回收操做的东西。