Go 语言的垃圾回收（Garbage Collection，简称 GC）是其自动内存管理的核心机制，旨在自动识别并回收不再被使用的内存，避免内存泄漏，减轻开发者的手动内存管理负担。Go 的 GC 算法经历了多次迭代优化，目前采用的是并发标记 - 清除（Concurrent Mark and Sweep） 算法，并结合了多种优化技术，以实现低延迟、高吞吐量的目标。

一、Go 垃圾回收的核心目标

Go 的 GC 设计围绕以下核心目标展开：

低延迟：尽可能减少 GC 对程序运行的阻塞时间（Stop-The-World，简称 STW），避免影响用户程序的响应速度。
高吞吐量：在保证低延迟的同时，高效地回收内存，减少 GC 本身的性能开销。
简单高效：算法实现简洁，适配 Go 语言的并发模型（如 goroutine）和内存分配机制。

二、Go 垃圾回收的核心算法：并发标记 - 清除（Concurrent Mark and Sweep）

Go 的 GC 基于追踪式垃圾回收（通过追踪对象的引用关系判断是否存活），核心流程分为标记（Mark） 和清除（Sweep） 两个阶段，且大部分工作在用户程序运行的同时（并发）执行，仅在关键节点需要短暂 STW。

[初始标记] → [并发标记] → [重新标记] → [并发清除](STW)       (并发)       (STW)        (并发)

1. 标记阶段（Mark Phase）

标记阶段的目标是识别出所有存活的对象（被当前程序直接或间接引用的对象），具体流程如下：

初始标记（Initial Mark，STW）：
- 这是标记阶段的第一个步骤，需要短暂 STW（通常只有几微秒到几十微秒）。
- GC 会暂停所有用户 goroutine，从根对象（Root Set）开始标记直接引用的对象。根对象包括：
  - 全局变量（如包级变量）；
  - 当前运行的 goroutine 的栈内存（局部变量、函数参数等）；
  - 寄存器中的引用（暂存的变量指针）。
- 初始标记完成后，立即恢复用户程序运行。
并发标记（Concurrent Mark）：
- 初始标记后，用户程序继续运行，GC 同时在后台（由专门的 GC 协程）进行标记。
- 后台 GC 协程会从初始标记的对象出发，递归遍历所有可达的对象（通过对象的引用指针），并标记为 “存活”。
- 由于用户程序在运行时可能修改对象的引用关系（如新增、删除指针），Go 采用写屏障（Write Barrier） 技术跟踪这些修改，确保标记的准确性：
  - 写屏障会在用户程序修改指针时（如 a = &b）触发，记录指针的变化，防止并发标记时遗漏或误判对象的存活状态。
重新标记（Remark，STW）：
- 并发标记结束后，需要再次短暂 STW，处理并发标记期间因用户程序修改引用而产生的 “漏标” 对象（称为 “浮动垃圾” 的一部分）。
- 重新标记会利用写屏障记录的指针变化，快速修正标记结果，确保所有存活对象都被标记。

2. 清除阶段（Sweep Phase）

清除阶段的目标是回收未被标记的对象（即垃圾）所占用的内存，具体流程如下：

并发清除（Concurrent Sweep）：
- 清除阶段完全并发执行，不阻塞用户程序。
- GC 会遍历堆内存，释放所有未被标记的对象（垃圾），并将其内存块归还给空闲内存池，供后续内存分配使用。
- 清除过程中，若用户程序需要分配新内存，会优先复用已回收的空闲内存，减少内存碎片。

三、Go GC 的关键优化技术

为实现低延迟和高吞吐量，Go 引入了多项优化技术：

1. 写屏障（Write Barrier）

作用：在并发标记阶段，跟踪用户程序对指针的修改，防止因引用关系变化导致的标记错误。
实现：Go 使用Dijkstra 写屏障（早期版本）和混合写屏障（Go 1.8 及以后，结合了 Dijkstra 和 Yuasa 写屏障的优势），在指针赋值时插入额外逻辑，记录旧指针和新指针的信息，确保并发标记的准确性。
Dijkstra 写屏障：当修改指针时，将旧指针指向的对象标记为灰色（防止旧对象被漏标）
Yuasa 写屏障：当修改指针时，将新指针指向的对象标记为灰色（防止新对象被漏标）

// 伪代码：指针赋值时触发的写屏障
func writeBarrier(old *T, new *T) {// 1. 将旧指针指向的对象标记为灰色（Dijkstra 逻辑）gray(old)// 2. 将新指针指向的对象标记为灰色（Yuasa 逻辑）gray(new)
}

2. 三色标记法（Tri-Color Marking）

标记阶段通过 “三色” 区分对象的状态，简化并发标记的管理：
- 白色：未被标记的对象（初始状态，可能是垃圾）；
- 灰色：已被标记，但引用的子对象尚未遍历（待处理）；
- 黑色：已被标记，且所有子对象都已遍历（确定存活）。
流程：初始标记将根对象设为灰色，并发标记时将灰色对象的子对象标记为灰色、自身设为黑色，最终所有黑色对象为存活，白色为垃圾。