golang 垃圾回收 - 删除写屏障

这篇讲删除写屏障，续接上几篇 golang 垃圾回收的梳理：

• [golang 垃圾回收 （一）概述篇]
• [golang 垃圾回收（二）屏障技术]
• [golang 垃圾回收（三）插入写屏障]

这篇讲删除写屏障（为了知识的完整性），首先声明，golang 没有直接实现过删除写屏障，golang 的内存写屏障是由插入写屏障到混合写屏障过渡的。不过，虽然 golang 从来没有直接使用删除写屏障，但是混合写屏障却用到了删除写屏障的思路。

删除写屏障：也叫做基于其实快照的解决方案（snapshot-at-the-begining）。顾名思义，就是在开始 gc 之前，必须 STW ，对整个根做一次起始快照。当赋值器（业务线程）从灰色或者白色对象中删除白色指针时候，写屏障会捕捉这一行为，将这一行为通知给回收器。这样，基于起始快照的解决方案保守地将其目标对象当作存活的对象，这样就绝对不会有被误回收的对象，但是有扫描工作量浮动放大的风险。术语叫做追踪波面的回退。

删除写屏障（基于起始快照的写屏障）有一个前提条件，就是起始的时候，把整个根部扫描一遍，让所有的可达对象全都在灰色保护下（根黑，下一级在堆上的全灰），之后利用删除写屏障捕捉内存写操作，确保弱三色不变式不被破坏，就可以保证垃圾回收的正确性。

伪代码如下：

atomic Write(src, i, ref)
    shade(src[i])
    src[i] <- ref

复习一下一些概念：

赋值器的颜色

• 灰色赋值器：如果某一个赋值器尚未被回收器扫描过（即赋值器的根还没有被追踪到），或者尽管被扫描过，但是还需要重新扫描

• golang 插入写屏障的时期，就是灰色赋值器

• 黑色赋值器：已经被回收器扫描过，不会再对其进行扫描

插入写屏障对应的是灰色赋值器，删除写屏障对应的是黑色赋值器。

三色不变式

• 强三色：不允许黑色对象指向白色对象
• 弱三色：允许黑色对象指向白色对象，但必须保证一个前提，这个白色对象必须处于灰色对象的保护下

强三色不变式的框架下：要求黑色赋值器的根只能引用灰色或者黑色对象，不能引用白色对象（因为黑色赋值器不再被扫描，引用白色）。

弱三色不变式的框架下：允许黑色赋值器的根引用白色对象，但前提是白色对象必须处于灰色保护下。

获取赋值器的快照，意味着回收器需要扫描其根并将其置为黑色。我们必须在回收起始阶段完成赋值器快照的获取，并保证其不持有任何白色对象。否则一旦赋值器持有某白色对象的唯一引用并将其写入黑色对象，然后再抛弃该指针，则会违背弱三色不变式的要求。当然，为黑色对象增加写屏障可以捕捉这一内存写操作，但如此一来，该方案将退化到强三色不变式的框架下。因此，基于其实快照的解决方案将只允许黑色赋值器的存在。

删除写屏障怎么保证弱三色不变式，如下示意图：

我们看到第三张图显示，黑色指向白色没问题，只要最后 delete 指针的时候 Z 对象置灰色，那么回收的正确性就可以保证。

总结关键点：

1. 黑色可以指向白色，但是必须保证一个前提，该白色对象处于灰色保护链下
2. 起始赋值器必须打快照，赋值器（根）扫描完成变成黑色，确保前提条件：所有对象都在灰色保护链下
3. 插入写屏障对应的是灰色赋值器，删除写屏障对应的是黑色赋值器