首次提交：初始化项目代码
This commit is contained in:
sunct
@@ -0,0 +1,365 @@
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package main
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import (
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"container/list"
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"fmt"
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"sync"
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"sync/atomic"
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"time"
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)
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// 三色标记常量（使用int32以便原子操作）
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const (
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White int32 = iota // 0: 未标记/垃圾对象
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Grey // 1: 待处理态
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Black // 2: 完成态/存活对象
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)
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// Object 模拟堆内存中的引用对象
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// 注意：Color字段使用原子操作保护
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type Object struct {
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ID string
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Color int32 // 使用int32支持原子操作
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Children []*Object // 子对象用指针，模拟真实引用关系
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mu sync.Mutex // 保护Children修改
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}
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// NewObject 创建新对象，初始为白色
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func NewObject(id string) *Object {
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return &Object{
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ID: id,
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Color: White,
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Children: make([]*Object, 0),
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}
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}
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// GetColor 安全获取对象颜色（原子读取）
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func (o *Object) GetColor() int32 {
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return atomic.LoadInt32(&o.Color)
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}
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// SetColor 安全设置对象颜色（原子写入）
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func (o *Object) SetColor(newColor int32) {
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atomic.StoreInt32(&o.Color, newColor)
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}
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// CompareAndSetColor 原子比较并设置颜色（CAS操作）
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func (o *Object) CompareAndSetColor(oldColor, newColor int32) bool {
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return atomic.CompareAndSwapInt32(&o.Color, oldColor, newColor)
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}
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// AddChild 线程安全地添加子对象
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func (o *Object) AddChild(child *Object) {
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o.mu.Lock()
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defer o.mu.Unlock()
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o.Children = append(o.Children, child)
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}
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// GetChildren 线程安全地获取子对象
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func (o *Object) GetChildren() []*Object {
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o.mu.Lock()
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defer o.mu.Unlock()
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// 创建副本避免并发修改问题
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children := make([]*Object, len(o.Children))
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copy(children, o.Children)
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return children
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}
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// 模拟写屏障：当黑色对象引用白色对象时，将白色对象标记为灰色
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func WriteBarrier(parent *Object, child *Object, grayQueue *list.List, queueMutex *sync.Mutex) {
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// 原子读取颜色，避免竞态
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parentColor := parent.GetColor()
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childColor := child.GetColor()
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if parentColor == Black && childColor == White {
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// 使用CAS确保颜色转换的原子性
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if child.CompareAndSetColor(White, Grey) {
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queueMutex.Lock()
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grayQueue.PushBack(child)
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queueMutex.Unlock()
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fmt.Printf("WriteBarrier: [%s]（黑）→ [%s]（白），强制将[%s]标记为灰色\n",
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parent.ID, child.ID, child.ID)
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}
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}
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}
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// 辅助方法：递归查找第一个黑色对象，用于模拟业务协程场景
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func findBlackObject(objs []*Object) *Object {
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for _, obj := range objs {
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if obj.GetColor() == Black {
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return obj
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}
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// 递归遍历子对象
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children := obj.GetChildren()
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if child := findBlackObject(children); child != nil {
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return child
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}
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}
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return nil
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}
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// 辅助方法：递归获取所有对象，模拟堆内存遍历
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func getAllObjects(objs []*Object) []*Object {
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var all []*Object
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visited := make(map[*Object]bool)
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var mutex sync.Mutex
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var traverse func(*Object)
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traverse = func(o *Object) {
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mutex.Lock()
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if visited[o] {
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mutex.Unlock()
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return
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}
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visited[o] = true
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mutex.Unlock()
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all = append(all, o)
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children := o.GetChildren()
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for _, child := range children {
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traverse(child)
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}
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}
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for _, o := range objs {
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traverse(o)
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}
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return all
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}
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// 三色标记与清除主流程
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func TriColorMarkAndSweep(rootObjects []*Object) ([]*Object, []*Object) {
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// 1. 初始化灰色队列和同步锁（保证并发安全）
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grayQueue := list.New()
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var queueMutex sync.Mutex
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// 2. 初始标记阶段(STW)：标记根对象
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fmt.Println("===== 阶段1：初始标记（STW） =====")
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for _, root := range rootObjects {
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// 原子检查并设置颜色
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if root.GetColor() == White {
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root.SetColor(Grey)
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fmt.Printf("根对象[%s] 白→灰，加入灰色队列\n", root.ID)
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queueMutex.Lock()
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grayQueue.PushBack(root)
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queueMutex.Unlock()
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}
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}
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// 3. 并发标记阶段(无STW)
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fmt.Println("\n===== 阶段2：并发标记（无STW） =====")
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var wg sync.WaitGroup
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// 模拟业务协程运行，并发修改引用关系
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wg.Add(1)
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go func() {
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defer wg.Done()
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time.Sleep(50 * time.Millisecond) // 等待GC标记协程启动并处理部分对象
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fmt.Println("\n[业务协程] 正在运行，修改对象引用关系...")
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// 模拟并发修改：黑色对象指向新的白色对象
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blackObj := findBlackObject(rootObjects)
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if blackObj != nil {
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newWhiteObj := NewObject("新创建的白色对象")
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fmt.Printf("[业务协程] 尝试让黑色对象[%s]引用新白色对象[%s]\n",
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blackObj.ID, newWhiteObj.ID)
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// 触发写屏障，拦截危险引用
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WriteBarrier(blackObj, newWhiteObj, grayQueue, &queueMutex)
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// 线程安全地添加子对象
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blackObj.AddChild(newWhiteObj)
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// 验证写屏障效果
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time.Sleep(10 * time.Millisecond)
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if newWhiteObj.GetColor() == Grey {
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fmt.Printf("[业务协程] 验证: [%s] 已被写屏障保护，状态=灰色\n", newWhiteObj.ID)
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} else {
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fmt.Printf("[业务协程] 警告: [%s] 未被写屏障保护，状态=%d\n", newWhiteObj.ID, newWhiteObj.GetColor())
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}
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} else {
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||||
fmt.Println("[业务协程] 未找到黑色对象，跳过引用修改")
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}
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}()
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// GC标记协程：遍历灰色队列，处理对象标记
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wg.Add(1)
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go func() {
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defer wg.Done()
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for {
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var grayObj *Object
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// 原子操作获取灰色对象
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queueMutex.Lock()
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if grayQueue.Len() == 0 {
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queueMutex.Unlock()
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break
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}
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// 取出队列头部的灰色对象
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elem := grayQueue.Front()
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grayObj = elem.Value.(*Object)
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grayQueue.Remove(elem)
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queueMutex.Unlock()
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fmt.Printf("处理灰色对象: [%s] (当前颜色=%d)\n", grayObj.ID, grayObj.GetColor())
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// 原子获取子对象列表（避免并发修改）
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children := grayObj.GetChildren()
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// 遍历当前对象的所有子对象
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for _, child := range children {
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// 原子检查子对象颜色
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if child.GetColor() == White {
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// 使用CAS确保状态转换正确
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if child.CompareAndSetColor(White, Grey) {
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fmt.Printf(" [%s] 引用了 [%s]，白→灰，加入队列\n", grayObj.ID, child.ID)
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queueMutex.Lock()
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||||
grayQueue.PushBack(child)
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||||
queueMutex.Unlock()
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}
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}
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}
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// 所有子对象处理完成，当前对象转为黑色
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||||
// 使用CAS确保从灰色到黑色的转换
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if grayObj.CompareAndSetColor(Grey, Black) {
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||||
fmt.Printf(" [%s] 所有子对象标记完成，灰→黑\n", grayObj.ID)
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} else {
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fmt.Printf(" [%s] 颜色转换失败，当前状态=%d\n", grayObj.ID, grayObj.GetColor())
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}
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time.Sleep(10 * time.Millisecond) // 模拟标记耗时，便于观察流程
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}
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fmt.Println("灰色队列已空，并发标记阶段完成")
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}()
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// 等待业务协程和GC标记协程完成
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wg.Wait()
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// 4. 重新标记阶段(STW)：处理写屏障捕获的漏标对象
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fmt.Println("\n===== 阶段3：重新标记（STW） =====")
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queueMutex.Lock()
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for grayQueue.Len() > 0 {
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elem := grayQueue.Front()
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obj := elem.Value.(*Object)
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||||
grayQueue.Remove(elem)
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||||
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||||
if obj.GetColor() == Grey {
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// 遍历子对象，确保标记完整
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children := obj.GetChildren()
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for _, child := range children {
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||||
if child.GetColor() == White {
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||||
if child.CompareAndSetColor(White, Grey) {
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||||
fmt.Printf("重新标记补标: [%s] 引用的 [%s]（白→灰）\n", obj.ID, child.ID)
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||||
grayQueue.PushBack(child)
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}
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}
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}
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// 标记完成后转为黑色
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obj.SetColor(Black)
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fmt.Printf("重新标记确认: 对象[%s]为存活，灰→黑\n", obj.ID)
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}
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}
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queueMutex.Unlock()
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// 5. 收集所有堆对象（包括未被根对象引用的孤立对象）
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fmt.Println("\n===== 阶段4：收集所有堆对象 =====")
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allObjects := getAllObjects(rootObjects)
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// 6. 创建真正的孤立对象（无根可达）
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trueGarbage1 := NewObject("真正的孤立对象-临时会话")
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trueGarbage2 := NewObject("真正的孤立对象-过期验证码")
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||||
// 添加到所有对象集合，模拟真实堆内存
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||||
allObjects = append(allObjects, trueGarbage1, trueGarbage2)
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||||
// 7. 并发清除阶段：回收白色对象
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fmt.Println("\n===== 阶段5：并发清除（无STW） =====")
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var garbageObjects []*Object
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var liveObjects []*Object
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for _, obj := range allObjects {
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if obj.GetColor() == White {
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garbageObjects = append(garbageObjects, obj)
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fmt.Printf("对象[%s] 为白色，判定为垃圾，执行回收\n", obj.ID)
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} else {
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liveObjects = append(liveObjects, obj)
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fmt.Printf("对象[%s] 为存活对象(颜色=%d)，保留\n", obj.ID, obj.GetColor())
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||||
// 重置为白色，为下一次GC做准备
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obj.SetColor(White)
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}
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}
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return garbageObjects, liveObjects
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||||
}
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func main() {
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// ========== 构建对象引用链路，模拟真实业务场景 ==========
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// 根对象：模拟全局变量/栈帧变量
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root1 := NewObject("根对象-用户服务")
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root2 := NewObject("根对象-订单服务")
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// 构建引用链路：用户服务 → 用户缓存 → 具体用户
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userCache := NewObject("用户缓存")
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user1 := NewObject("用户-张三")
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user2 := NewObject("用户-李四")
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userCache.AddChild(user1)
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userCache.AddChild(user2)
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root1.AddChild(userCache)
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||||
// 构建引用链路：订单服务 → 订单缓存 → 具体订单
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orderCache := NewObject("订单缓存")
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||||
order1 := NewObject("订单-202311001")
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||||
orderCache.AddChild(order1)
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root2.AddChild(orderCache)
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||||
// 创建真实可访问对象
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validObj := NewObject("有效会话数据")
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order1.AddChild(validObj)
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// ========== 执行三色标记GC流程 ==========
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rootObjects := []*Object{root1, root2}
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garbage, live := TriColorMarkAndSweep(rootObjects)
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||||
// ========== 输出GC执行结果 ==========
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fmt.Printf("\n===== GC执行完成，统计结果 =====\n")
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fmt.Printf("存活对象数量: %d\n", len(live))
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fmt.Printf("垃圾对象数量: %d\n", len(garbage))
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fmt.Println("\n垃圾对象详情:")
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for _, g := range garbage {
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fmt.Printf("- %s (最终颜色=%d)\n", g.ID, g.GetColor())
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}
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// 验证关键对象状态
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fmt.Println("\n===== 关键对象状态验证 =====")
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expectedGarbage := []string{"真正的孤立对象-临时会话", "真正的孤立对象-过期验证码"}
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found := 0
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for _, g := range garbage {
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||||
for _, expected := range expectedGarbage {
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if g.ID == expected {
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||||
fmt.Printf("✓ 对象[%s] 被正确识别为垃圾对象 (颜色=%d)\n", g.ID, g.GetColor())
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||||
found++
|
||||
}
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||||
}
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||||
}
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||||
fmt.Printf("垃圾对象识别准确率: %.0f%% (%d/%d)\n", float64(found)/float64(len(expectedGarbage))*100, found, len(expectedGarbage))
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||||
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||||
// 验证写屏障对象状态
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||||
fmt.Println("\n===== 写屏障保护验证 =====")
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||||
newObjFound := false
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for _, l := range live {
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||||
if l.ID == "新创建的白色对象" {
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newObjFound = true
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||||
if l.GetColor() == Black {
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||||
fmt.Printf("✓ 对象[%s] 被正确标记为存活 (颜色=%d)，写屏障保护成功\n", l.ID, l.GetColor())
|
||||
} else {
|
||||
fmt.Printf("✗ 对象[%s] 未被正确标记 (颜色=%d)，写屏障保护失败\n", l.ID, l.GetColor())
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
if !newObjFound {
|
||||
fmt.Println("⚠ 未找到写屏障创建的新对象，可能未被正确处理")
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||||
}
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||||
}
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||||
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