模型
mark-sweep GC，从 root（比如局部和全局变量）开始遍历对象，给予标记，之后清除无法访问的对象。
- 并发
- 三色
- 标记 - 交换
分代回收对 Go 不是特别有效，因为 Go 是在基于逃逸分析选择在堆上或栈上创建对象，而不是直接创建对象在堆中。
涉及两个资源：CPU 和 内存。
目前 Go GC 的设计中，清理速度远快于标记速度，因此标记阶段主要影响 GO GC 的性能。
Go GC 的设计权衡点主要是多占用 CPU 还是多占用内存。
在内存消耗稳定的情况下，GC 的频次越少， CPU 占用越小，具体计算公式见图一，但说明这个关系不需要公式，想象一个极端情况：假如没有 GC，即 GC 频次为 0，那么就永远不会产生 GC 的 CPU 占用。
两个影响 GC 的参数：GOGC 和 memory limit
- ，live heap 代表在上一次 GC cycle 没有被清除的 heap 大小，GOGC 代表一个可以增长的比例，达到这个比例即达到 target heap memory，开始 GC。
- memory limit，在一些情况下用比例控制并不合适，Go 1.19 引入了 memory limit，理想情况一旦内存达到 limit 就立刻开启 GC，但 Go 并不是严格按照这个 limit 值执行的，用来避免 limit 过小导致 GC 无法停止。
虚拟内存
- Go runtime 不主动删除已经获得的虚拟内存，我个人理解如果释放的一个物理内存指向了虚拟内存，或者其他一些情况，相关的虚拟内存还是会被删除。
- Go runtime 会用虚拟内存存储一些内部数据结构，64位平台上这类内存大小大约是 700 MB，32位平台此类内存大小可忽略不计。
特殊优化
在 Go1.19 及之前（不确定以后的实现细节是否会改变）这些改动可以加速 GC：
- 从结构体中删除指针字段：GC 扫描指针指向的对象时需要 cache 原结构体的位置，取消结构体中的指针可以避免这种递归扫描。
- 在结构体中把指针字段放在最前面：因为 GC 在扫描到最后一个指针字段时就不会扫描剩下的字段，那么提前扫描指针就提前结束。
标记算法
三色算法
- 白色，潜在的垃圾。
- 灰色，不是垃圾，但是和白色相连。
- 黑色，不是垃圾，不和白色相连。
步骤：
- 开始时所有的对象都是白色。
- 遍历所有 root，标记它们为灰色。
- 任选一个灰色对象，将其标记为黑色，将其关联的所有白色对象标记为灰色。
- 重复以上步骤，直到没有灰色对象。
性质：不允许黑色对象指向白色对象，这样当灰色对象都被染成黑色时，内存中只有黑白两种对象，且黑色与白色不相连，白色对象可被清除。
写屏障
用来保证没有一个黑色对象会指向白色对象。当一个白色对象因为写入而可以被追溯了，写屏障会将这个对象改为灰色。
延迟
https://go.dev/talks/2015/go-gc.pdf 这里的 Go 版本为 1.15。
GC 的主要流程：
- 栈扫描
- 标记
- 标记终止
- 清除
两次 stop the world：
- 栈扫描开始时，被扫描到 root 的 goroutines 会被暂停；这个过程很快，我理解这是因为具体操作是把 goroutines 栈内的变量放到等候队列里，而不是穷举所有和栈内关联的变量。
- 标记终止阶段会有个较长的 stop the world，此时需要确定哪些内存可以被清空，因此不允许内存变化了。
Go 1.15 之前的版本还会在标记时也 stop the world，Go 1.15 做出了并发标记的改动，标记阶段会占用 25% CPU 并在 goroutines 过多的情况下占用用户的 goroutines。右图中的 assist 我理解就是占用用户 goroutines，可能理解有误。
标记阶段中对指针会有写屏障，防止在写指针值的时候改变了依赖关系，导致标记结果出错。
以上改动有效将 Go GC 的延迟降低到了毫秒级别，对比见右图。在 17 年延迟已经被优化到了微秒级别。
注意：即使是毫秒级别，在一些场景下也是无法容忍的，如果各种调整依然无法解决，当前一个许多人正在尝试的方法是用 Rust 重写：
其他
栈空间管理
逃逸分析
两个原则
- 指向栈对象的指针不能存在于堆中。
- 指向栈对象的指针在栈对象回收后无法存活。
编译器通过对语法树的分析，找到违背这两个原则的指针，更改分配位置，不断循环，确保所有指针都满足以上两个原则，逃逸分析完成。
逃逸分析把大量小对象的内存位置都锁定在了栈上，降低了堆内存的使用，这是 Go GC 无需采用分代回收来优化 GC 的原因之一。
栈扩容
自 Go1.3 起，Go 不再使用分段栈而是连续栈，当栈空间不足时，以下流程会被触发：
- 在内存空间中分配更大的栈内存空间。
- 将旧堆中的栈内容复制到新堆中。
- 将指向旧栈对应变量的指针重新指向新栈；由于逃逸分析的保证，只需要对所有栈内指针加上偏移量就完成了重新指向。
- 销毁并回收旧栈的内存空间。
栈缩容
在 GC 期间，如果一个栈只使用了栈内存的 1/4，那么其内存减半。