Go：内存管理与内存清理

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

这篇文章基于 Go 1.13 版本。有关内存管理的讨论在个人文章 ”Go:内存管理与分配 ” 中有解释。

清理内存是一个过程，它可以让 Go 知道哪些内存段最近可用于分配。可是，它并不会使用将位置 0 的方式来清理内存。

将内存置 0

将内存置 0 的过程 —— 就是把内存段中的全部位赋值为 0 —— 是在分配过程当中即时执行的。

Zeroing the memory

可是，咱们可能想知道 Go 采用什么样的策略去知道哪些对象可以用于分配。因为在每一个范围内有一个内部位图 allocBits ，Go 实际上会追踪那些空闲的对象。让咱们从初始态开始来回顾一下它的工做流程，

Free objects tracking with allocBits

就性能角度来看，allocBits 表明了一个初始态而且会保持不变，可是它会由 freeIndex（一个指向第一个空闲位置的增量计数器）所协助。

而后，第一个分配就开始了：

Free objects tracking with allocBits

freeIndex 如今增长了，而且基于 allocBits 知道了下一段空闲位置。

分配过程将会再一次出现，以后， GC 将会启动去释放再也不被使用的内存。在标记期间，GC 会用一个位图 gcmarkBits 来跟踪在使用中的内存。让咱们经过咱们运行的程序以相同的示例为例，在第一个块再也不被使用的地方。

Memory tracking during the garbage collector

正在被使用的内存被标记为黑色，然而当前执行并不可以到达的那些内存会保持为白色。

有关更多关于标记和着色阶段的信息，我建议你阅读个人这篇文章 Go：GC 是如何标记内存的？ 如今，咱们可使用 gomarkBits 精确查看可用于分配的内存。Go 如今也使用 gomarkBits 代替了 allocBits ，这个操做就是内存清理：

Sweeping a span

可是，这必须在每个范围内执行完毕而且会花费许多时间。Go 的目标是在清理内存时不阻碍执行，并为此提供了两种策略。

清理阶段

Go 提供了两种方式来清理内存：

• 使用一个工做程序在后台等待，一个一个的清理这些范围。
• 当分配须要一个范围的时候即时执行。

关于后台工做程序，当开始运行程序时，Go 将设置一个后台运行的 Worker（惟一的任务就是去清理内存），它将进入睡眠状态并等待内存段扫描：

Background sweeper

经过追踪过程的周期，咱们也能看到这个后台工做程序老是出现去清理内存：

Background sweeper

清理内存段的第二种方式是即时执行。可是，因为这些内存段已经被分发到每个处理器的本地缓存 mcache 中，所以很难追踪首先清理哪些内存。这就是为何 Go 首先将全部内存段移动到 mcentral 的缘由。

Spans are released to the central list

而后，它将会让本地缓存 mcache 再次请求它们，去即时清理：

Sweep span on the fly during allocation

即时扫描确保全部内存段在保存资源的过程当中都会获得清理，同时会保存资源以及不会阻塞程序执行。

与 GC 周期的冲突

正如以前看到的，因为后台只有一个 worker 在清理内存块，清理过程可能会花费一些时间。可是，咱们可能想知道若是另外一个 GC 周期在一次清理过程当中启动会发生什么。在这种状况下，这个运行 GC 的 Goroutine 就会在开始标记阶段前去协助完成剩余的清理工做。让咱们举个例子看一下连续调用两次 GC，包含数千个对象的内存分配的过程。

Sweeping must be finished before a new cycle

可是，若是开发者没有强制调用 GC，这个状况并不会发生。在后台运行的清理工做以及在执行过程当中的清理工做应该足够多，由于清理内存块的数量和去触发一个新的周期（译者注：GC 周期）的所需的分配的数量成正比。

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做者：Vincent Blanchon 译者：sh1luo 校对：polaris1119

本文由 GCTT 原创编译，Go语言中文网 荣誉推出