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go/0012-逃逸分析

· 5 min read

内存管理​

内存管理主要包括两个动作：分配与释放。逃逸分析就是服务于内存分配。

栈：​

在Go中，栈的内存是由编译器自动进行分配和释放，栈区往往存储着函数参数、局部变量和调用函数帧，它们随着函数的创建而分配，函数的退出而销毁。

一个goroutine对应一个栈，栈是调用栈（call stack）的简称。一个栈通常又包含了许多栈帧（stack frame），它描述的是函数之间的调用关系，每一帧对应一个尚未返回的函数调用，它本身也是以栈形式存放数据。

堆：​

与栈不同的是，应用程序在运行时只会存在一个堆。 我们可以简单理解为：我们用GO语言开发过程中，要考虑的内存管理只是针对堆内存而言的。

程序在运行期间可以主动从堆上申请内存，这些内存通过Go的内存分配器分配，并由垃圾收集器回收。

堆和栈的对比​

加锁​

  • 栈不需要加锁：栈是每个goroutine独有的，这就意味着栈上的内存操作是不需要加锁的。
  • 堆有时需要加锁：堆上的内存，有时需要加锁防止多线程冲突

延伸知识点：为什么堆上的内存有时需要加锁？而不是一直需要加锁呢？

因为Go的内存分配策略学习了TCMalloc的线程缓存思想，他为每个处理器P分配了一个mcache，从mcache分配内存也是无锁的

性能​

  • 栈内存管理 性能好：栈上的内存，它的分配与释放非常高效的。简单地说，它只需要两个CPU指令：一个是分配入栈，另外一个是栈内释放。只需要借助于栈相关寄存器即可完成。
  • 堆内存管理 性能差：对于程序堆上的内存回收，还需要通过标记清除阶段，例如Go采用的三色标记法。

缓存策略​

  • 栈缓存性能更好
  • 堆缓存性能较差

原因是：栈内存能更好地利用CPU的缓存策略，因为栈空间相较于堆来说是更连续的。

逃逸分析​

相比于把内存分配到堆中，分配到栈中优势更明显。 Go语言也是这么做的：Go编译器会尽可能将变量分配到到栈上。 但是，当编译器无法证明函数返回的变量有没有被引用时，编译器就必须在堆上分配该变量，以此避免悬挂指针（dangling pointer）的问题。

另外，如果局部变量占用内存非常大，也会将其分配在堆上。

Go是如何确定内存是分配到栈上还是堆上的呢？

答案就是：逃逸分析。

编译器通过逃逸分析技术去选择堆或者栈，逃逸分析的基本思想如下：检查变量的生命周期是否是完全可知的，如果通过检查，则在栈上分配。否则，就是所谓的逃逸，必须在堆上进行分配。

逃逸分析原则​

Go语言虽然没有明确说明逃逸分析原则，但是有以下几点准则，是可以参考的。

  • 不同于JAVA JVM的运行时逃逸分析，Go的逃逸分析是在编译期完成的：编译期无法确定的参数类型必定放到堆中；
  • 如果变量在函数外部存在引用，则必定放在堆中；
  • 如果变量占用内存较大时，则优先放到堆中；
  • 如果变量在函数外部没有引用，则优先放到栈中；

逃逸分析举例​

我们使用这个命令来查看逃逸分析的结果： go build -gcflags '-m -m -l'

1、参数是 interface 类型：参数为 interface 类型，编译期无法确定其具体的参数类型，所以内存分配到堆中。 2、变量在函数外部又引用：当函数执行完毕，对应的栈帧就被销毁，但是引用已经被返回到函数之外。如果这时外部通过引用地址取值，虽然地址还在，但是这块内存已经被释放回收了，这就是非法内存。为了避免非法内存情况，这种情况下变量的内存分配必须分配到堆上。 3、变量内存占用较大：占用较大的变量（64 KB 以上）也会发生逃逸，内存分配到堆上。 4、变量大小不确定时：编译期间并不能确定变量的值，所以会发生逃逸。

l := 1  
a := make([]int, l, l)  
for i := 0; i < l; i++ {  
    a[i] = i  
}

变量 a 逃逸（escape）到堆上了。

5、闭包💼：一个函数和对其周围状态（lexical environment，词法环境）的引用捆绑在一起（或者说函数被引用包围），这样的组合就是闭包（closure）。也就是说，闭包让你可以在一个内层函数中访问到其外层函数的作用域。闭包访问了外部变量时，这个变量将会一直存在，直到闭包消亡。

日常开发中​

函数传参时，有些场景下，应该传递结构体，而不应该传递结构体指针。

  • 如果结构体较大，传递结构体指针更合适，指针类型相比值类型能节省大量的内存空间。
  • 如果结构体较小，传递结构体更合适，栈上分配内存，可以有效减少 GC 压力。