内存管理

Golang 的内存管理本质上就是一个内存池，只不过内部做了很多的优化。比如自动伸缩内存池大小，合理的切割内存块等等

内存池

golang的程序在启动初，会一次性向操作系统申请一大块内存，这块内存空间会放在一个叫 mheap 的 struct 中管理，mheap负责将这一整块内存分割成不同部分使用，并将其中一部分分割成合适大小分配给用户使用。

概念

page 内存页
span 内存块，一个或多个连续的 page 组成一个 span
object 对象，用来存储一个变量数据，一个span会被分割成相同大小的object
假设 object 的大小是 16B，span 大小是 8K，那么就会把 span 中的 page 就会被初始化 8K / 16B = 512 个 object

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mheap.spans：用来存储 page 和 span 信息，比如一个 span 的起始地址是多少，有几个 page，已使用了多大等等。
mheap.bitmap 存储着各个 span 中对象的标记信息，比如对象是否可回收等等。
mheap.arena_start: 将要分配给应用程序使用的空间。

分配相同或同一范围的大小的内存时，会根据大小去寻找一个sizeclass，span有不同种类，使用sizeclass进行区分，相同sizeclass的span会以链表形式连在一起。

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找到合适的span后会从这个span中找到一个object返回给上层。

mcentral

mheap在初始化时会生成一个大span，如果有需求，会将这个大span切出一个小span放入mcentral进行管理，大 span 由 mheap.freelarge 和 mheap.busylarge 等管理
。如果mcentral不够用了会从mheap.freelarge再切一块。如果 mheap.freelarge 空间不够，会再次从 OS 那里申请内存。

mcache

在mcentral中有一个锁，是为了防止并发情况下申请内存的情况，但是加锁，释放锁，等待锁是一件很浪费时间的事情，所以golang为每一个P申请一个mcache，每个P在申请内存的时候会先从mcache中申请，如果申请不到再从mcentral中申请。从 mcache 上分配内存空间是不需要加锁的，因为在同一时间里，一个 P 只有一个线程在其上面运行，不可能出现竞争。没有了锁的限制，大大加速了内存分配。

image.png

优化

zero size：有些对象的大小为0，例如[0]int, struct{},golang会统一返回一个固定的内存地址

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var (
        a struct{}
        b [0]int
        c [100]struct{}
        d = make([]struct{}, 1024)
    )
    fmt.Printf("%p\n", &a)
    fmt.Printf("%p\n", &b)
    fmt.Printf("%p\n", &c)
    fmt.Printf("%p\n", &(d[0]))
    fmt.Printf("%p\n", &(d[1]))
    fmt.Printf("%p\n", &(d[1000]))
}
// 运行结果，6 个变量的内存地址是相同的:
0x1180f88
0x1180f88
0x1180f88
0x1180f88
0x1180f88
0x1180f88

tiny object 在object <= 8B时，会使用sizeclass = 1的span，一般数据类型为 int32，byte, bool以及一些小对象，但是这样可能会导致并不能完全利用8B而导致了浪费并出现了大量的内存碎片。golang在这里做了优化，在 <=16B时，golang都会从 sizeclass=2 的 span 中获取一个 16B 的 object 用以分配，并且将多个对象复用这个16B的object

image.png

大对象：sizeclass最大的span的大小为32K，如果超过这个大小，golang会直接绕过 mcache 和 mcentral，直接从 mheap 上获取，即mheap的freelarge。

内存池的优点：
不需要频繁申请内存了，而是从对象池里拿，程序不会频繁进入内核态。
因为一次性申请一个连续的大空间，对象池会被重复利用，不会出现碎片。
程序频繁访问的就是对象池背后的同一块内存空间，局部性良好。

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