Go：内存管理分配

 ℹ️ *这篇文章基于 Go 1.13。* 在内存从分配到回收的生命周期中，内存不再被使用的时候，标准库会自动执行 Go 的内存管理。虽然开发者不必操心这些细节，但是 Go 语言所做的底层管理经过了很好的优化，同时有很多有趣的概念。 ## 堆上的分配 内存管理被设计为可以在并发环境快速执行，同时与垃圾收集器集成在了一起。从一个简单的例子开始： ```go package main type smallStruct struct { a, b int64 c, d float64 } func main() { smallAllocation() } //go:noinline func smallAllocation() *smallStruct { return &smallStruct{} } ``` 注释 `//go:noinline` 会禁用内联，以避免内联通过移除函数的方式优化这段代码，从而造成最终没有分配内存的情况出现。 通过运行逃逸分析命令 `go tool compile "-m" main.go` 可以确认 Go 执行了的分配： ``` main.go:14:9: &smallStruct literal escapes to heap ``` 借助 `go tool compile -S main.go` 命令得到这段程序的汇编代码，可以同样明确地向我们展示具体的分配细节： ``` 0x001d 00029 (main.go:14) LEAQ type."".smallStruct(SB), AX 0x0024 00036 (main.go:14) PCDATA $0, $0 0x0024 00036 (main.go:14) MOVQ AX, (SP) 0x0028 00040 (main.go:14) CALL runtime.newobject(SB) ``` 函数 `newobject` 是用于新对象的分配以及代理 `mallocgc` 的内置函数，该函数在堆上管理这些内存。在 Go 语言中有两种策略，一种用于较小的内存空间的分配，而另一种则用于较大的内存空间的分配。 ## 较小内存空间的分配策略 对于小于 32kb 的，较小的内存空间的分配策略，Go 会从被叫做 `mcache` 的本地缓存中尝试获取内存。 这个缓存持有一个被叫做 `mspan` 的内存块(span ，32kb 大小的内存块)列表, mspan 包含着可用于分配的内存：  每个线程 `M` 被分配一个处理器 `P`，并且一次最多处理一个 goroutine。在分配内存时，当前的 goroutine 会使用它当前的 P 的本地缓存，在 span 链表中寻找第一个可用的空闲对象。使用这种本地缓存不需要锁操作，从而分配效率更高。 span 链表被划分为 8 字节大小到 32k 字节大小的，约 70 个的大小等级，每个等级可以存储不同大小的对象。  每个 span 链表会存在两份：一个链表用于不包含指针的对象而另一个用于包含指针的对象。这种区别使得垃圾收集器更加轻松，因为它不必扫描不包含任何指针的 span。 在我们前面的例子中，结构体的大小是 32 字节，因此它会适合于 32 字节的 span ：  现在，我们可能会好奇，如果在分配期间 span 没有空闲的插槽会发生什么。Go 维护着每个大小等级的 span 的中央链表，该中央链表被叫做 `mcentral`，其中维护着包含空闲对象的 span 和没有空闲对象的 span ：  `mcentral` 维护着 span 的双向链表；其中每个链表节点有着指向前一个 span 和后一个 span 的引用。非空链表中的 span 可能包含着一些正在使用的内存，“非空”表示在链表中至少有一个空闲的插槽可供分配。当垃圾收集器清理内存时，可能会清理一部分 span，将这部分标记为不再使用，并将其放回非空链表。 我们的程序现在可以在没有插槽的情况下向中央链表请求 span ：  如果空链表中没有可用的 span，Go 需要为中央链表获取新的 span 。新的 span 会从堆上分配，并链接到中央链表上：  堆会在需要的时候从系统（ OS ）获取内存，如果需要更多的内存，堆会分配一个叫做 `arena` 的大块内存，在 64 位架构下为 64Mb，在其他架构下大多为 4Mb。arena 同样适用 span 映射内存。  ## 较大内存空间的分配策略 Go 并不适用本地缓存来管理较大的内存空间分配。对于超过 32kb 的分配，会向上取整到页的大小，并直接从堆上分配。  ## 全景图 现在我们对内存分配的时候发生了什么有了更好的认识。现在将所有的组成部分放在一起来得到完整的图画。  ## 灵感来源 该内存分配最初基于 TCMalloc，一个 Google 创建的，并发环境优化的内存分配器。这个 [TCMalloc 的文档](http://goog-perftools.sourceforge.net/doc/tcmalloc.html)值得阅读；你会发现上面解释过的概念。