4.1. 垃圾回收 (GC)

4.1.1. Go GC 概述 

Go 使用并发、三色标记、写屏障的垃圾回收器。

特性	描述
算法	三色标记清除
类型	并发、非分代
STW	极短（通常 < 1ms）
目标	低延迟

4.1.2. GC 触发条件 

堆内存达到阈值：当堆大小达到上次 GC 后大小的一定比例（由 GOGC 控制）
定时触发：2 分钟强制执行一次 GC
手动触发：调用 runtime.GC()

4.1.3. GOGC 环境变量 

# 默认值 100：当堆增长 100% 时触发 GC
GOGC=100

# 更激进的 GC（更低内存，更高 CPU）
GOGC=50

# 更宽松的 GC（更高内存，更低 CPU）
GOGC=200

# 禁用 GC（危险！）
GOGC=off

4.1.3.1. 运行时设置 

import "runtime/debug"

func main() {
    // 设置 GOGC
    debug.SetGCPercent(50)
    
    // 设置内存限制（Go 1.19+）
    debug.SetMemoryLimit(1 << 30) // 1GB
}

4.1.4. 三色标记算法 

        graph LR
    subgraph "三色标记"
        W[白色<br/>未访问] --> G[灰色<br/>待处理]
        G --> B[黑色<br/>已访问]
    end

白色：未被访问的对象，GC 结束后会被回收
灰色：已被访问但其引用的对象未全部访问
黑色：已被访问且其引用的对象已全部访问

4.1.4.1. 标记过程 

STW，启用写屏障
从根对象（栈、全局变量）开始标记
并发标记（与用户程序并行）
STW，完成标记
并发清除

4.1.5. GC 监控 

4.1.5.1. 查看 GC 日志 

GODEBUG=gctrace=1 ./myprogram

输出示例：

gc 1 @0.012s 2%: 0.026+0.44+0.003 ms clock, 0.10+0.32/0.27/0+0.012 ms cpu, 4->4->0 MB, 5 MB goal, 4 P

字段	含义
`gc 1`	第 1 次 GC
`@0.012s`	程序启动后 0.012 秒
`2%`	GC 占用 CPU 时间比例
`0.026+0.44+0.003 ms`	STW 时间 + 并发标记时间 + STW 时间
`4->4->0 MB`	GC 前堆大小 -> GC 时堆大小 -> GC 后存活大小
`5 MB goal`	下次 GC 触发的目标堆大小

4.1.5.2. 程序内监控 

import "runtime"

func printGCStats() {
    var stats runtime.MemStats
    runtime.ReadMemStats(&stats)
    
    fmt.Printf("Alloc = %v MB\n", stats.Alloc/1024/1024)
    fmt.Printf("TotalAlloc = %v MB\n", stats.TotalAlloc/1024/1024)
    fmt.Printf("Sys = %v MB\n", stats.Sys/1024/1024)
    fmt.Printf("NumGC = %v\n", stats.NumGC)
    fmt.Printf("PauseTotalNs = %v ms\n", stats.PauseTotalNs/1e6)
}

4.1.6. GC 调优 

4.1.6.1. 1. 减少分配 

// ❌ 频繁分配
func process(items []Item) {
    for _, item := range items {
        result := &Result{}  // 每次循环都分配
        result.Process(item)
    }
}

// ✅ 复用对象
func process(items []Item) {
    result := &Result{}
    for _, item := range items {
        result.Reset()
        result.Process(item)
    }
}

4.1.6.2. 2. 使用 sync.Pool 

var resultPool = sync.Pool{
    New: func() interface{} {
        return &Result{}
    },
}

func process(item Item) {
    result := resultPool.Get().(*Result)
    defer resultPool.Put(result)
    
    result.Reset()
    result.Process(item)
}

4.1.6.3. 3. 预分配内存 

// ❌ 动态增长
var data []byte
for i := 0; i < 1000; i++ {
    data = append(data, byte(i))
}

// ✅ 预分配
data := make([]byte, 0, 1000)
for i := 0; i < 1000; i++ {
    data = append(data, byte(i))
}

4.1.6.4. 4. 使用值类型 

// ❌ 指针增加 GC 扫描压力
type Item struct {
    Name  *string
    Value *int
}

// ✅ 值类型
type Item struct {
    Name  string
    Value int
}

4.1.6.5. 5. 设置内存限制（Go 1.19+）

import "runtime/debug"

func init() {
    // 设置软内存限制
    debug.SetMemoryLimit(512 << 20) // 512MB
}

4.1.7. Go 1.19+ GOMEMLIMIT 

Go 1.19 引入了 GOMEMLIMIT，提供更精确的内存控制。

# 设置内存限制
GOMEMLIMIT=512MiB ./myprogram

# 单位支持: B, KiB, MiB, GiB, TiB

4.1.7.1. GOMEMLIMIT vs GOGC 

特性	GOGC	GOMEMLIMIT
控制方式	相对增长率	绝对内存限制
适用场景	通用	容器环境
OOM 风险	可能 OOM	更可控

4.1.8. GC Pacer 

Go 1.18+ 改进了 GC Pacer 算法，提供更平滑的 GC 行为。

// 查看 Pacer 状态
GODEBUG=gcpacertrace=1 ./myprogram

4.1.9. 常见问题 

4.1.9.1. 问题 1：GC 频繁 

症状：GC 日志显示频繁 GC，CPU 使用高

解决：

增大 GOGC
使用 sync.Pool
减少分配

4.1.9.2. 问题 2：大堆内存 

症状：内存持续增长

解决：

检查内存泄漏
使用 GOMEMLIMIT
降低 GOGC

4.1.9.3. 问题 3：STW 时间长 

症状：GC pause 时间长（> 10ms）

解决：

减少指针数量
减少全局变量
使用更小的堆