Golang混合写屏障中的lemma 2探讨

Golang混合写屏障中的lemma 2探讨 在 https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/17503-eliminate-rescan.md:

引理 2. 如果对象图满足修改后的三色不变式，那么从黑色对象可达（直接或间接）的每个白色对象都由一个堆对象灰保护。

证明. 设 W 为从黑色对象 B 通过简单路径 B → O₁ → ⋯ → Oₙ → W 可达的白色对象。注意，W 和所有 Oᵢ 必须是堆对象，因为栈只能指向自身（在这种情况下，它将不是一条简单路径）或堆对象，所以 O₁ 必须是堆对象，并且根据引理 1，路径的其余部分也必须是堆对象。不失一般性，我们可以假设所有 Oᵢ 都不是黑色的；否则，我们可以简单地重新考虑使用从黑色对象开始的最短路径后缀。

我难以理解为什么它说 stacks can only point to themselves (in which case it would not be a simple path)，难道 B -> stack object1 -> stack object2 -> ... -> heap object -> ... -> W 也是可能的吗？


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在Go混合写屏障的设计中，栈对象确实有特殊性质。栈帧中的指针只能指向堆对象或其他栈对象（在同一goroutine的栈内），但不能形成跨goroutine栈的引用链。

你提到的路径 B -> stack object1 -> stack object2 -> ... -> heap object -> ... -> W 在Go的GC模型中不可能存在，原因如下：

  1. 栈对象的可达性边界：每个goroutine的栈是一个独立的地址空间，栈对象只能被同一goroutine的栈帧访问
  2. 黑色对象B如果是堆对象：它不能直接指向栈对象，因为堆对象不知道栈对象的地址（栈地址在编译时不确定）
  3. 黑色对象B如果是栈对象：那么它只能指向同一栈帧的其他栈对象或堆对象，但这样的路径会违反"简单路径"定义

示例说明栈指针的限制：

type HeapObj struct {
    data int
    next *HeapObj
}

func main() {
    // 栈对象localVar只能指向堆对象
    var localVar *HeapObj
    localVar = &HeapObj{data: 1}  // 正确：栈->堆
    
    // 栈对象不能持久化指向其他栈对象
    var x int = 42
    // var p *int = &x  // 这在函数内是允许的
    // 但如果尝试让堆对象指向x： &x 不能逃逸到堆
}

引理中的关键点是：如果路径中有栈对象，那么：

  • 要么路径是循环的（指向自身），这违反简单路径定义
  • 要么路径必须终止于堆对象，因为栈对象最终必须通过堆对象才能到达白色对象W

因此，在从黑色对象B到白色对象W的简单路径中，O₁必须是堆对象，否则路径要么不简单，要么根本不存在。

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