Go 语言的垃圾回收（Garbage Collection, GC）采用了基于三色标记-清除（tri-color mark-and-sweep）算法的并发垃圾回收器。Go 的 GC 在设计上追求低延迟（Low Latency）和高吞吐量（High Throughput），其实现包括标记阶段、清除阶段和与程序运行的协调。下面是 Go GC 的主要实现机制：

1. 三色标记-清除算法

三色标记-清除算法将对象分为三种颜色：

• 白色：未访问的对象，GC 开始时所有对象都被标记为白色。
• 灰色：已访问但其引用的对象未被检查的对象。
• 黑色：已访问且其引用的对象都已被检查的对象。

标记阶段:

• GC 从根对象（全局变量、栈上的变量等）开始，将所有直接可达的对象标记为灰色。
• 逐步处理灰色对象，将其引用的对象标记为灰色，并将自己标记为黑色。
• 当没有灰色对象时，标记阶段结束，白色的对象即为不可达对象。

清除阶段:

• 清除所有仍然是白色的对象，回收它们占用的内存。

2. 并发垃圾回收

Go 的垃圾回收是并发的，这意味着 GC 可以在程序运行时与用户代码（mutator）并发执行。通过这种方式，Go 减少了 GC 导致的停顿时间。GC 的并发部分包括：

• 并发标记：GC 标记阶段的大部分工作与用户代码并发进行。Go 会启动多个 goroutine 来执行标记操作，这样可以充分利用多核 CPU 的性能。
• STW（Stop-The-World）：GC 在标记阶段的开始和结束会进行短暂的 STW 暂停，确保根对象一致性，以及清理阶段的安全性。

3. 写屏障（Write Barrier）

写屏障是保证垃圾回收和程序并发执行时一致性的关键技术。在标记阶段，当用户代码（mutator）执行内存写操作时，写屏障会触发相应的逻辑，确保垃圾回收器能够正确地跟踪新创建的引用。这使得在并发标记过程中，标记的信息能够保持准确。

具体来说，写屏障的作用是确保：

• 如果将一个对象引用从一个已标记的对象（黑色）转移到未标记的对象（白色），那么白色对象会立即被标记为灰色，防止它被误认为是不可达的对象。

4. 增量标记

Go 的 GC 在标记阶段采用了增量标记技术。这种技术允许 GC 和 mutator 交替执行标记操作，而不需要长时间暂停程序。这进一步降低了 STW 时间，提高了程序的响应性。

5. 后台清除

清除阶段大部分工作是在后台完成的，这意味着 GC 会利用空闲时间进行内存回收操作。当程序内存压力较低时，清除阶段可以慢慢进行，而在内存需求较大时，清除阶段会加快执行。

6. 动态调节

Go 的 GC 动态调整垃圾回收的频率和堆增长因子，以在低暂停时间和高内存利用率之间取得平衡。GOGC 环境变量允许用户调整 GC 的灵敏度。默认情况下，GOGC 的值是 100，表示当堆增长 100% 时触发 GC。调整 GOGC 的值可以影响 GC 的触发频率和性能表现。

7. 协同工作机制

Go 的 GC 与调度器协同工作，以确保 GC 线程与 goroutine 调度之间的平衡，避免垃圾回收占用过多的 CPU 资源，影响程序的正常运行。

总结

Go 的垃圾回收器通过三色标记-清除算法、并发标记、写屏障和增量标记等技术，实现了高效的内存管理.