Go 内存管理 -- 内存分配 一

前言

go作为一个比较新晚（新）的语言，自然借鉴前辈们的优点，比如说语言本身负责内存管理、对协程和高并发的高优支持、简单高效的语法等。本篇及后续的几篇要讲的就是还没提到的比较复杂的内存管理。
学习内存管理（分配&回收）前，如果有JVM的内存管理的基础，会变得非常简单，如果是第一次接触内存管理，在看完Go的内存管理后可以去看看JVM的，对比着学习比较容易理解。
go的内存管理思路是基于google 的tcmalloc（thread-caching-malloc）实现的，常见的内存分配器还有ptmalloc、jemalloc，但是tcmalloc的性能更高，尤其是高并发场景下。

关于tcmalloc

tcmalloc的分配的内存主要来源于：全局缓存堆、进程私有缓存，小容量的内存申请使用私有缓存，如果私有缓存不够，则从全局缓存堆中申请一部分作为私有缓存。大对象会直接从全局缓存中申请，至于大小的分界是32k。

小对象分配

小对象内存分配默认会分配86个不同大小的块，这些块的大小不一致，内部采用单链表数组来组织内存，使用时遵循懒加载策略，等到使用时才进行初始化。

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大对象分配

大于32k的内存申请，属于大对象的分配，使用全局缓存堆直接分配，内存的组织方式也是通过单链表数组进行的，数据长度是256，每个链表的元素的大小是不同的，但都是4k（1page）的整数倍。

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Span

tcmalloc使用span来管理内存分页，一个span可以包含几个连续分页。span的状态只有未分配、作为大对象分配、作为小对象分配。

go内存分配

主流程

1、申请一块较大的虚拟内存空间，用于内存分配及管理
当空间不足时，向系统申请一块较大的内存，如100KB或者1MB
申请到的内存块按特定的size，被分割成多种小块内存（go：_NumSizeClasses = 67），并用链表管理。创建对象时，按照对象大小，从空闲链表中查找到最适合的内存块。
2、销毁对象时，将对应的内存块返还空闲链表中以复用。
3、空闲内存达到最大值时，返还操作系统。

管理组件

go将内存分为三个层级，协程私有内存，全局内存，整体内存叶管理，也因此有这三个层级的内存管理工具。

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mspan: mspan并不直接拥有内存空间，它负责管理起始地址为startAddr、级别(预分配页的个数)为sizeclass的连续地址空间。
mcache: Per-P私有cache，用于实现无锁的object分配，每个mcache有大小为67的mspan数组，存储不同级别大小的mspan。
mcentral: 全局内存，为各个cache提供按大小划分好的mspan，mcentral有个关键方法cacheSpan()，它是整个分配的核心算法
mheap 是真实拥有虚拟地址的结构，page管理，内存不足时向系统申请。
总体来说，他们之间的关系是这样的：
Golang程序启动时申请一大块内存，并划分成spans、bitmap、arena区域，arena区域按页划分成一个个小块，span管理一个或多个页，mcentral管理多个span供线程申请使用，mcache作为线程私有资源，资源来源于mcentral。
本篇暂时就介绍这么多。