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观察Go新垃圾回收器在堆中的运作

Go 1.26版本将Green Tea设置为默认的垃圾回收器（GC）。去年发布的Go 1.25版本引入了这款新的垃圾回收器，而在几个月前发布的Go 1.26中，Green Tea成为了默认的回收器。我们通过 `perf` 工具来观察它的缓存友好性，可视化堆内存以了解Go语言的内存分配方式，还会探讨像Go这种非移动回收器在处理稀疏页面时面临的难题。

内存分配情况对比

Go语言通过在一个或多个8KiB页面组成的连续块（在Go术语中称为 _span_）内分配相同大小类别的对象来管理内存。我们随机分配三种不同大小（小、中、大）的对象，然后检查它们在堆中的地址。运行程序后发现，尽管是随机分配不同大小的对象，但Go运行时会将相同大小的对象相邻放置，而且即使运行了垃圾回收器，对象的位置也不会发生移动。而C#中相同大小的对象并没有被分组放置在一起，之后在不同的工作负载下，C#会在内存中移动对象。

标记 - 清除算法

垃圾回收器从特定的根对象开始，先进行 _标记_ 阶段，沿着每个指针进行遍历，直到访问完所有可访问的对象；然后进行 _清除_ 阶段，释放所有未被访问过的已分配对象。在Go语言中，不同大小的对象会被分配到内存的不同区域，垃圾回收器沿着指针进行遍历时会引入随机内存访问，降低缓存友好性。在Green Tea中，Go现在会扫描内存块以查找对象和指针，并根据找到的指针将后续要扫描的内存块加入队列。使用 `perf` 工具观察到缓存未命中率（每千条指令）减少，并且程序的整体运行速度加快。通过不同的代码和脚本进行测试，发现新的垃圾回收器在每种工作负载下都有明显的性能提升，但新的垃圾回收器的缓存未命中率似乎有所增加。进一步计算每千条指令的缓存未命中数（MPKI）后，仍然没有看到预期的结果。最后在裸机x86/amd64 Linux机器上测试，终于看到预期结果：虽然L1缓存未命中率百分比保持不变或有所下降，但 _L1 MPKI_ 明显下降。

最坏情况下的清理

由于Go语言不会移动内存来进行内存压缩或碎片整理，释放了大部分对象，但Go语言无法完全回收未使用的内存。通过程序测试，在分配完对象后释放90%的对象，原本希望内存使用量能减少90%，但实际上并不会，因为Go语言不会对对象进行压缩或移动。