Golang分代GC的策略

序

上一篇文章 中讲解了Go分代GC的实现思路，还有一个问题没有讲解，Go中分代GC（Garbage Collection）的策略，如何穿插使用 Minor GC 和 Major GC ？

为何要穿插使用？

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图片仅用作说明，有些地方不是很严谨，也与Go的GC方式不完全相同。

因为每轮GC都会有新的存活对象，存活下来的对象即被认为是老年代对象，这些对象在执行 Minor GC 期间是不会被清扫的，这也就会导致使用的堆内存会越来越大。经过几轮GC之后有些老年代对象可能已经不可达，可以被回收了，这时就要进行 Major GC 来进行完整的清扫，不论老年代对象和新生代对象，只要不再存活，就会被清扫回收掉，达到释放内存的目的。 上一篇文章 也有说到， Go将分代GC算法与标记清扫算法相结合，实现了一个不移动的分代GC ，究竟是如何结合使用的，就是本篇文章所要讲的。

如何进行穿插使用

下面的代码就是是判断本轮GC执行 Minor GC 或 Major GC 判断的函数，当函数返回 true 时，执行 Full GC （ Major GC ），返回 false 时，执行 Gen GC （ Minor GC ）。

func isGCCycleFull() bool {
    if !gcGen {
        return true
    }

    if gen.spaceFull || gen.forceFullGC {
        return true
    }

    // If full GC are taking a reasonable amount of time do not
    // bother with a generational GC.
    percentGCTime := int(memstats.gc_cpu_fraction * 100)
    if percentGCTime < gen.highCostThreshold {
        return true
    }

    // The next cycle will be full during warmup.
    // Perhaps this should trigger as long as we are initializing which we can
    // defined as a monotonic increase in heap size.
    if gen.cycleCount < gen.warmupCount {
        // number of warmup GC to do before considering a generational GC.
        return true
    }

    if gen.countBased {
        if gen.cycleCount%gen.cycleModulus == 0 {
            return gen.countBasedGen
        } else {
            return !gen.countBasedGen
        }
    }

    if work.fullRunCount >= work.fullSwitchCount {
        // Do a generational GC at least every switchCount GCs.
        return false
    }

    // Consider heuristics based on previous mark / cons ratios.
    if work.fullMarkConsEWMA*1.1 < work.genMarkConsEWMA {
        // This forces a generational GC as soon as warmup is over since work.genMarkConsEWMA is 0
        return true
    }

    // Do a generational GC in the next cycle.
    return false
}

下面分段解释一些这个函数，深入分析一下Go 的分代GC策略

1. gcGen 是一个 const 常量，表示是否开启分代GC模式，当未开启时和原生GC无区别，每次都是执行 Full GC 。

if !gcGen {
    return true
}

1. spaceFull 是标记本轮 Gen GC 中存活的对象空间 与 上一次 Full GC 中释放的空间的一半 的大小关系，在一轮 Full GC 后可能有连续几次的 Gen GC ，这里的 Full GC 是指最近的一次 Full GC 。当本轮 Gen GC 中存活的对象空间大于上一次 Full GC 中释放的空间的一半时， spaceFull 就会被置成 true ； forceFullGC 在用户手动调用 runtime.GC 时会被置成 true 。

if gen.spaceFull || gen.forceFullGC {
    return true
}

1. percentGCTime 是GC所占CPU时间的百分比，即 gctrace 中的百分数，下面数据中的6%， highCostThreshold 在不开启调试模式，程序正常运行时的初始值为10，不会改变，即GC所占CPU时间的百分比小于10%时都不会进行 Gen GC ，调试模式中 highCostThreshold=1 。

   gc 24 @1.583s 6%: 0.014+33+0.008 ms clock, 0.11+0/62/54+0.069 ms cpu, 158->158->316 MB, 316 MB goal, 8 P

percentGCTime := int(memstats.gc_cpu_fraction * 100)
if percentGCTime < gen.highCostThreshold {
    return true
}

1. cycleCount 表示应用程序当前共进行了多少轮的GC（包含 Full GC 和 Gen GC ）， warmupCount 目前的初始值为4，不会改变。这条规则表示的意思是，在前4轮GC不要进行 Gen GC ，因为前几轮对象较少，堆内存也较小，进行 Gen GC 可能不会有收益，可以理解为在进行初始化为 Gen GC 做准备。

if gen.cycleCount < gen.warmupCount {
    // number of warmup GC to do before considering a generational GC.
    return true
}

1. countBase 的初始值目前是 false ， countBasedGen 的初值目前是 false ， cycleModulus 的初始值目前为2，不会改变。那么眼尖的人已经看出来了，这个分支没有用啊， countBase 一直为 false ，那么这个分支就永远不会走。这个分支可以理解为用来强制触发 Gen GC 来进行测试和实验数据获取的。试想一下如果这样设置 countBased=true , cycleModulus=2 , countBasedGen=false ，那么如果可以走到这个分支， Full GC 和 Gen GC 的穿插策略即是，每2轮作为一个循环，奇数轮返回 true 执行 Full GC ，偶数轮返回 false 执行 Gen GC 。

if gen.countBased {
    if gen.cycleCount%gen.cycleModulus == 0 {
        return gen.countBasedGen
    } else {
        return !gen.countBasedGen
    }
}

1. 一起说下剩下的几条规则。 fullRunCount 表示自从上一轮 Gen GC 后执行了多少轮 Full GC ，同样，在一轮 Gen GC 后也有可能连续几次的 Full GC ； fullSwitchCount 是一个在程序中会根据情况进行更新的值，初始值为0，每次更新都会+8。 介绍几个概念

   EWMA（指数加权移动平均值）：可以简单的认为是平均值，有兴趣的可以自己查下资料深入理解下。

   MarkConsEWMA：Mark是指本轮GC中的标记成本（使用的CPU时间），Con是指本轮GC中释放的内存量，MarkConsEWMA是Mark/Con这个值的EWMA，对于 Full GC 和 Gen GC 分别维护一个 MarkConsEWMA 。个人认为可以理解为GC的性价比，标记成本越小越好，释放的内存越多越好，所以 MarkConsEWMA 这个值越小越好。

   如果在 Full GC 后的第一轮 Gen GC 中，单轮的 MarkCons 大于 Full GC 的 MarkConsEWMA ，或者 Gen GC 的总 MarkConsEWMA 大于 Full GC 的总 MarkConsEWMA ，即 Gen GC 的收益没有 Full GC 大时， 那么 fullSwitchCount 将会+8，即更倾向于多做 Full GC 。

   另外如果 Gen GC 的总 MarkConsEWMA 大于 Full GC 的总 MarkConsEWMA 的1.1倍时，也会进行 Full GC ，如果所有规则都没有匹配，默认进行 Gen GC 。

if work.fullRunCount >= work.fullSwitchCount {
    // Do a generational GC at least every switchCount GCs.
    return false
}
if work.fullMarkConsEWMA*1.1 < work.genMarkConsEWMA {
    // This forces a generational GC as soon as warmup is over since work.genMarkConsEWMA is 0
    return true
}
return false

isGCCycleFull函数返回值的更新时间点

在GC的标记完成之后，扫描开始之前的这个时间点会确定下一轮GC时 Full GC 还是 Gen GC 。

A GC cycle starts after mark is complete and sweeping is about to begin. It is at this point that the decision of whether the upcoming cycle will be generational or a full GC is made.

End

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最后祝大家劳动节快乐。