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go语言需不需要手动管理内存

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go语言不需要手动管理内存；go语言内置内存管理功能（GC机制），是一种自动内存管理的机制。当程序向操作系统申请的内存不再需要时，垃圾回收主动将其回收并供其他代码进行内存申请时候复用，或者将其归还给操作系统，这种针对内存级别资源的自动回收过程，即为垃圾回收；而负责垃圾回收的程序组件，即为垃圾回收器。

go语言不需要手动管理内存；go语言内置内存管理功能（GC机制），开发者不需要关心内存的申请和释放,这样为使用者带来极大的便利。

什么是GC，又有什么用？

GC，全称 Garbage Collection，即垃圾回收，是一种自动内存管理的机制。

当程序向操作系统申请的内存不再需要时，垃圾回收主动将其回收并供其他代码进行内存申请时候复用，或者将其归还给操作系统，这种针对内存级别资源的自动回收过程，即为垃圾回收。而负责垃圾回收的程序组件，即为垃圾回收器。

垃圾回收其实一个完美的 “Simplicity is Complicated” 的例子。一方面，程序员受益于 GC，无需操心、也不再需要对内存进行手动的申请和释放操作，GC 在程序运行时自动释放残留的内存。另一方面，GC 对程序员几乎不可见，仅在程序需要进行特殊优化时，通过提供可调控的 API，对 GC 的运行时机、运行开销进行把控的时候才得以现身。

在计算中，内存空间包含两个重要的区域：栈区 (Stack) 和堆区 (Heap)；栈区一般存储了函数调用的参数、返回值以及局部变量，不会产生内存碎片，由编译器管理，无需开发者管理；而堆区会产生内存碎片，在 Go 语言中堆区的对象由内存分配器分配并由垃圾收集器回收

通常，垃圾回收器的执行过程被划分为两个半独立的组件：

  • 赋值器（Mutator）：这一名称本质上是在指代用户态的代码。因为对垃圾回收器而言，用户态的代码仅仅只是在修改对象之间的引用关系，也就是在对象图（对象之间引用关系的一个有向图）上进行操作。

  • 回收器（Collector）：负责执行垃圾回收的代码。

GC中的根对象

根对象在垃圾回收的术语中又叫做根集合，它是垃圾回收器在标记过程时最先检查的对象，包括：

  • 全局变量：程序在编译期就能确定的那些存在于程序整个生命周期的变量。

  • 执行栈：每个 goroutine 都包含自己的执行栈，这些执行栈上包含栈上的变量及指向分配的堆内存区块的指针。

  • 寄存器：寄存器的值可能表示一个指针，参与计算的这些指针可能指向某些赋值器分配的堆内存区块。

垃圾回收

在 Go 语言中，垃圾回收器实现的算法是一个并发的三色标记和扫描收集器

垃回收器与 Go 程序同时运行，因此需要通过一种写屏障算法来检测内存中的潜在变化。启动写屏障的唯一条件是在短时间内停止程序，即 “Stop the World”

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写屏障的目的是允许收集器在收集期间保持堆上的数据完整性

1.1 实现原理

Go 语言的垃圾收集可以分成清除终止、标记、标记终止和清除四个不同的阶段，其中两个阶段会产生 Stop The World (STW)

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清除终止阶段

  • 暂停程序，所有的处理器在这时会进入安全点（Safe point）

  • 如果当前垃圾收集循环是强制触发的，我们还需要处理还未被清理的内存管理单元

标记阶段 (STW)

  • 将状态切换至 _GCmark、开启写屏障、用户程序协助（Mutator Assists）并将根对象入队

  • 恢复执行程序，标记进程和用于协助的用户程序会开始并发标记内存中的对象，写屏障会将被覆盖的指针和新指针都标记成灰色，而所有新创建的对象都会被直接标记成黑色

  • 开始扫描根对象，包括所有 Goroutine 的栈、全局对象以及不在堆中的运行时数据结构，扫描 Goroutine 栈期间会暂停当前处理器

  • 依次处理灰色队列中的对象，将对象标记成黑色并将它们指向的对象标记成灰色

  • 使用分布式的终止算法检查剩余的工作，发现标记阶段完成后进入标记终止阶段

标记终止阶段 (STW)

  • 暂停程序、将状态切换至 _GCmarktermination 并关闭辅助标记的用户程序

  • 清理处理器上的线程缓存

清理阶段

  • 将状态切换至 _GCoff 开始清理阶段，初始化清理状态并关闭写屏障

  • 恢复用户程序，所有新创建的对象会标记成白色

  • 后台并发清理所有的内存管理单元，当 Goroutine 申请新的内存管理单元时就会触发清理

1.2 三色标记法

三色标记算法将程序中的对象分成白色、黑色和灰色三类：

  • 白色对象 — 潜在的垃圾，其内存可能会被垃圾收集器回收

  • 黑色对象 — 活跃的对象，包括不存在任何引用外部指针的对象以及从根对象可达的对象

  • 灰色对象 — 活跃的对象，因为存在指向白色对象的外部指针，垃圾收集器会扫描这些对象的子对象

三色标记垃圾收集器的工作原理很简单，可以将其归纳成以下几个步骤：

  • 从灰色对象的集合中选择一个灰色对象并将其标记成黑色

  • 将黑色对象指向的所有对象都标记成灰色，保证该对象和被该对象引用的对象都不会被回收

  • 重复上述两个步骤直到对象图中不存在灰色对象

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