简介
Go的GC主要针对堆内存，而不是栈内存。因为：
- 栈内存自动分配和释放，遵循先进后出原则。
- 函数调用信息和局部变量会根据栈指针变化被自动清理。
Go主要通过三色标记法来标记和扫描所有堆对象，然后通过混合写屏障来保证对象不丢失，并减少STW（stop the world，即暂停程序）时间。
三色标记法
工作流程
GC维护三个集合：白色标记集合、黑色标记集合、灰色标记集合。首先把所有对象标记为白色，全部加入白色标记集合，然后执行下面的操作进行标记：
- 扫描根对象，得到根对象引用的对象，标记为灰色，全部加入灰色集合。遍历后的根对象加入黑色集合。
- 遍历灰色标记集合，将可达对象标记为灰色，遍历后的灰色对象标记为黑色，分别加入灰色标记集合和黑色标记集合。
- 重复上一步，只到灰色标记集合没有任何对象。
- 收集所有白色对象，即垃圾。
这里的根对象主要是指：全局变量、栈上的变量、寄存器中的变量等。
需要STW吗？
三色标记法如果不使用STW，会出现对象丢失的问题。例如：
- 一个白色对象没有任何被引用，但是在标记时，被黑色对象引用了。由于不会重复扫描这个黑色节点的引用，所以这个白色对象会被判断为垃圾。
- 如果一个新的对象被创建，标记为白色，最终会被当作垃圾。
而三色标记法如果在执行时一直使用STW，会时程序出现明显的卡顿。因此有两个解决方法
- 强三色不变式：强制黑色对象不能引用白色对象。
- 弱三色不变式：允许黑色对象引用白色对象，但是需要这个白色对象上游有灰色对象。
这两个方法需要通过屏障机制实现。
混合写屏障
混合写屏障由插入屏障和删除屏障组成。
插入屏障
当黑色对象引用白色对象时，将白色对象标记为灰色，为了性能Go仅在堆上插入写屏障，栈上不启用。缺点是在垃圾回收完成前，需要重新STW，并重新扫描整个栈空间，保证没有遗漏的引用关系。传统的Dijkstra插入屏障有一个问题：栈上不应用写屏障（为了性能考虑，不然每次栈操作都要应用写屏障），这可能导致以下情况：
- 栈上对象引用了一个白色对象
- 这个引用关系被移除
- 没有写屏障保护，这个白色对象可能被错误回收
所以在使用插入屏障时，必须在GC结束前重新STW并扫描整个栈，确保没有遗漏的引用。
删除屏障
某个引用删除时，如果被引用对象是白色或者灰色，则将其标记为灰色。满足弱三色不变式，将主动可能丢失的对象提升为灰色。缺点是回收精度低，某些实际不可达对象，要下一轮GC才能回收。
混合写屏障
GC开始：栈上所有元素都标记为黑色 GC期间：
- 任何新创建对象都标记为黑色。(栈上之前的对象和新对象都是黑色，不会被错误清除)
- 被删除引用的对象标记为灰色。
- 被添加引用的对象标记为灰色。
垃圾回收的时机
Go的GC触发时机由多种因素决定。常见的有
基于内存分配阈值触发
环境变量GOGC控制GC触发频率，默认值为100。默认GOGC=100意味着当内存使用量达到上次GC后存活内存的2倍时触发新的GC。
基于时间触发
如果超过一定时间，约2分钟没有执行GC，会触发强制GC，保证即使在内存使用较少的情况下，GC也会定期执行。
手动触发
调用runtime.GC()可以手动触发。
import "runtime"
func f(){
runtime.GC()
}
系统内存压力触发
通过GOMEMLIMIT环境变量可以设置Go程序最大内存使用量。当系统资源紧张，可能触发提前GC。
标记辅助触发
分配内存速度太快，GC跟不上分配速度时触发的GC。