golang 垃圾回收(四) - 删除写屏障

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2020-07-27 19:49

这篇讲删除写屏障,续接上几篇 golang 垃圾回收的梳理:

这篇讲删除写屏障(为了知识的完整性),首先声明,golang 没有直接实现过删除写屏障,golang 的内存写屏障是由插入写屏障到混合写屏障过渡的。不过,虽然 golang 从来没有直接使用删除写屏障,但是混合写屏障却用到了删除写屏障的思路。

删除写屏障:也叫做基于其实快照的解决方案(snapshot-at-the-begining)。顾名思义,就是在开始 gc 之前,必须 STW ,对整个根做一次起始快照。当赋值器(业务线程)从灰色或者白色对象中删除白色指针时候,写屏障会捕捉这一行为,将这一行为通知给回收器。这样,基于起始快照的解决方案保守地将其目标对象当作存活的对象,这样就绝对不会有被误回收的对象,但是有扫描工作量浮动放大的风险。术语叫做追踪波面的回退。

删除写屏障(基于起始快照的写屏障)有一个前提条件,就是起始的时候,把整个根部扫描一遍,让所有的可达对象全都在灰色保护下(根黑,下一级在堆上的全灰),之后利用删除写屏障捕捉内存写操作,确保弱三色不变式不被破坏,就可以保证垃圾回收的正确性。

伪代码如下:

atomic Write(src, i, ref)    shade(src[i])    src[i] <- ref

复习一下一些概念

赋值器的颜色

  • 灰色赋值器:如果某一个赋值器尚未被回收器扫描过(即赋值器的根还没有被追踪到),或者尽管被扫描过,但是还需要重新扫描
    • golang 插入写屏障的时期,就是灰色赋值器
  • 黑色赋值器:已经被回收器扫描过,不会再对其进行扫描

插入写屏障对应的是灰色赋值器,删除写屏障对应的是黑色赋值器。

三色不变式

  • 强三色:不允许黑色对象指向白色对象
  • 弱三色:允许黑色对象指向白色对象,但必须保证一个前提,这个白色对象必须处于灰色对象的保护下

强三色不变式的框架下:要求黑色赋值器的根只能引用灰色或者黑色对象,不能引用白色对象(因为黑色赋值器不再被扫描,引用白色)。

弱三色不变式的框架下:允许黑色赋值器的根引用白色对象,但前提是白色对象必须处于灰色保护下。

获取赋值器的快照,意味着回收器需要扫描其根并将其置为黑色。我们必须在回收起始阶段完成赋值器快照的获取,并保证其不持有任何白色对象。否则一旦赋值器持有某白色对象的唯一引用并将其写入黑色对象,然后再抛弃该指针,则会违背弱三色不变式的要求。当然,为黑色对象增加写屏障可以捕捉这一内存写操作,但如此一来,该方案将退化到强三色不变式的框架下。因此,基于其实快照的解决方案将只允许黑色赋值器的存在。

删除写屏障怎么保证弱三色不变式,如下示意图:



我们看到第三张图显示,黑色指向白色没问题,只要最后 delete 指针的时候 Z 对象置灰色,那么回收的正确性就可以保证。

总结关键点

  1. 黑色可以指向白色,但是必须保证一个前提,该白色对象处于灰色保护链下
  2. 起始赋值器必须打快照,赋值器(根)扫描完成变成黑色,确保前提条件:所有对象都在灰色保护链下
  3. 插入写屏障对应的是灰色赋值器,删除写屏障对应的是黑色赋值器





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