Что такое GC (garbadge collector/сборщик мусора)?go-62

Что такое сборщик мусора?

Сборщик мусора (GC) — это механизм автоматического управления памятью, который:

  • Освобождает неиспользуемые объекты в куче (heap)
  • Предотвращает утечки памяти
  • Избавляет разработчика от ручного управления памятью

Основные характеристики GC в Go

1. Неблокирующий

  • Большая часть работы выполняется параллельно с программой
  • Короткие остановки (STW - Stop The World) только на финальных этапах

2. Трехцветный маркировочный алгоритм

  • Использует граф объектов с тремя состояниями:
    • Белый — непросмотренный объект
    • Серый — обрабатываемый объект
    • Черный — обработанный объект

3. Поколенческий с оговорками

  • Хотя официально не заявлен как поколенческий, учитывает "возраст" объектов

Как работает GC в Go?

Фазы работы:

  1. Mark Setup (STW) - подготовка, остановка программы (```10-100µs)
  2. Concurrent Mark - параллельная маркировка используемых объектов
  3. Mark Termination (STW) - завершение маркировки (```50-200µs)
  4. Sweep - освобождение немаркированных объектов (параллельно)
┌─────────────┐    ┌─────────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐
│ Mark Setup  │───>│ Concurrent Mark │───>│ Mark Term.  │───>│   Sweep     │
└─────────────┘    └─────────────────┘    └─────────────┘    └─────────────┘
     STW                  Concurrent           STW               Concurrent

Алгоритм маркировки:

  1. Начинается с корневых объектов (глобальные переменные, стек и регистры)
  2. Рекурсивно проходит все достижимые объекты
  3. Помечает достижимые объекты как "используемые"

Управление GC

Настройки через окружение:

  1. GOGC - процент роста кучи для запуска GC (по умолчанию 100)

    • GOGC=50 - запускать GC при 50% роста
    • GOGC=off - полностью отключить GC

  2. Мониторинг:

func printGCStats() {
    t := time.NewTicker(time.Second)
    defer t.Stop()

    for range t.C {
        var m runtime.MemStats
        runtime.ReadMemStats(&m)
        fmt.Printf("GC cycles: %d, Last GC: %v\n",
            m.NumGC, time.Unix(0, int64(m.LastGC)))
    }
}

Оптимизации GC в Go

1. Write Barrier

Механизм, который:

  • Отслеживает изменения указателей во время маркировки
  • Гарантирует корректность при конкурентной работе
// Пример, где write barrier важен
func updatePointer(old *Object, new *Object) {
    *old = *new // Write barrier отследит это изменение
}

2. Триггеры сбора мусора

GC запускается когда:

  • Выделено определенное количество памяти (контролируется GOGC)
  • Вызвана runtime.GC() вручную
  • Не хватает памяти для новых аллокаций

Влияние на производительность

Метрики GC:

  • Паузы (STW): обычно < 1ms (Go 1.14+)
  • Процент CPU: 1-5% для большинства приложений
  • Частота: зависит от скорости аллокации памяти

Как уменьшить влияние GC:

  1. Уменьшайте аллокации в куче:

    • Используйте sync.Pool для часто создаваемых объектов
    • Предпочитайте stack-аллокации (value types)

  2. Пример оптимизации:

// Плохо: создает новый объект при каждом вызове
func getData() *Data {
    return &Data{} // Аллокация в куче
}

// Лучше: использовать sync.Pool
var dataPool = sync.Pool{
    New: func() interface{} { return &Data{} },
}

func getData() *Data {
    return dataPool.Get().(*Data)
}

Эволюция GC в Go

Версия Основные улучшения
1.0 Простой mark-and-sweep
1.5 Конкурентный маркировщик
1.8 Уменьшение STW до <1ms
1.12 Оптимизация работы с большими кучами
1.14 Улучшение планирования GC
1.18 Оптимизация работы с множеством мелких объектов

Резюмируем

сборщик мусора в Go — это высокооптимизированная система, обеспечивающая баланс между производительностью и простотой разработки. Понимание его работы помогает писать эффективный код, минимизирующий накладные расходы на управление памятью. Современные версии Go делают GC практически "незаметным" для большинства приложений, сохраняя при этом предсказуемое поведение.

Вопросы

Собеседования