Golang 逃逸分析简介

# Golang 逃逸分析简介  > 本篇文章基于 Golang 1.13. `逃逸分析` 是 Golang 编译器中的一个阶段，它通过分析用户源码，决定哪些变量应该在堆栈上分配，哪些变量应该逃逸到堆中。 ## 静态分析 Go 静态地定义了在编译阶段应该被堆或栈分配的内容。当编译(`go build`)和/或运行(`go run`)你的代码时，可以通过标志 `-gcflags="-m "` 进行分析。下面是一个简单的例子。 ```go package main import "fmt" func main() { num := GenerateRandomNum() fmt.Println(*num) } //go:noinline func GenerateRandomNum() *int { tmp := rand.Intn(500) return &tmp } ``` 运行逃逸分析，具体命令如下： ```bash F:\hello>go build -gcflags="-m" main.go # command-line-arguments .\main.go:15:18: inlining call to rand.Intn .\main.go:10:13: inlining call to fmt.Println .\main.go:15:2: moved to heap: tmp .\main.go:10:14: *num escapes to heap .\main.go:10:13: []interface {} literal does not escape <autogenerated>:1: .this does not escape <autogenerated>:1: .this does not escape ``` 从上面的结果 `.\main.go:15:2: moved to heap: tmp` 中我们发现 `tmp` 逃逸到了堆中。 静态分析的第一步是**生成源码的抽象语法树**(具体命令：`go build -gcflags="-m -m -m -m -m -W -W" main.go`)，让 GoLang 了解在哪里进行了赋值和分配，以及变量的寻址和解引用。 下面是之前代码生成的 ` 抽象语法树 ` 的一个例子：  > 关于抽象语法树请参考： [package ast](https://golang.org/pkg/go/ast/#example_Print), [ast example](https://golang.org/src/go/ast/example_test.go) 为了简化分析， 下面我给出了一个简化版的 ` 抽象语法树 ` 的结果：  由于该树暴露了定义的变量(用 `NAME` 表示)和对指针的操作(用 `ADDR` 或 `DEREF` 表示)，故它可以向 GoLang 提供进行 ` 逃逸分析 ` 所需要的所有信息。一旦建立了树，并解析了函数和参数，GoLang 现在就可以应用 ` 逃逸分析 ` 逻辑来查看哪些应该是堆或栈分配的。 ## 超过堆栈框架的生命周期 在运行 ` 逃逸分析 ` 并从 AST 图中遍历函数(即: 标记)的同时，Go 会寻找那些超过当前栈框架并因此需要进行堆分配的变量。假设没有堆分配，在这个基础上，通过前面例子的栈框架来表示，我们先来定义一下 `outlive` 的含义。下面是调用这两个函数时，堆栈向下生长的情况。  在这种情况下，变量 `num` 不能指向之前堆上分配的变量。在这种情况下，Go 必须在 ` 堆 ` 上分配变量，确保它的生命周期超过堆栈框架的生命周期。  变量 `tmp` 现在包含了分配给堆栈的内存地址，可以安全地从一个堆栈框架复制到另一个堆栈框架。然而，并不是只有返回的值才会失效。下面是规则: - 任何返回的值都会超过函数的生命周期，因为被调用的函数不知道这个值。 - 在循环外声明的变量在循环内的赋值后会失效。如下面的例子： ```go package main func main() { var l *int for i := 0; i < 10; i++ { l = new(int) *l = i } println(*l) } ./main.go:8:10: new(int) escapes to heap ``` - 在闭包外声明的变量在闭包内的赋值后失效。 ```go package main func main() { var l *int func() { l = new(int) *l = 1 }() println(*l) } ./main.go:10:3: new(int) escapes to heap ``` `逃逸分析` 的第二部分包括确定它是如何操作指针的，帮助了解哪些东西可能会留在堆栈上。 ## 寻址和解引用 构建一个表示寻址/引用次数的加权图，可以让 Go 优化堆栈分配。让我们分析一个例子来了解它是如何工作的： ```go package main func main() { n := getAnyNumber() println(*n) } //go:noinline func getAnyNumber() *int { l := new(int) *l = 42 m := &l n := &m o := **n return o } ``` 运行 ` 逃逸分析 ` 表明，分配逃逸到了堆。 ```bash ./main.go:12:10: new(int) escapes to heap ``` 下面是一个简化版的 AST 代码：  Go 通过建立加权图来定义分配。每一次解引用，在代码中用 `*` 表示，或者在节点中用 `DEREF` 表示，权重增加 `1`；每一次寻址操作，在代码中用 `&` 表示，或者在节点中用 `ADDR` 表示，权重减少 `1`。 下面是由 ` 逃逸分析 ` 定义的序列： ```bash variable o has a weight of 0, o has an edge to n variable n has a weight of 2, n has an edge to m variable m has a weight of 1, m has an edge to l variable l has a weight of 0, l has an edge to new(int) variable new(int) has a weight of -1 ``` 每个变量最后的计数为负数，如果超过了当前的栈帧，就会逃逸到堆中。由于返回的值超过了其函数的堆栈框架，并通过其边缘得到了负数，所以分配逃到了堆上。 构建这个图可以让 Go 了解哪个变量应该留在栈上(尽管它超过了栈的时间)。下面是另一个基本的例子: ```go func main() { num := func1() println(*num) } //go:noinline func func1() *int { n1 := func2() *n1++ return n1 } //go:noinline func func2() *int { n2 := rand.Intn(99) return &n2 } ./main.go:20:2: moved to heap: n2 ``` 变量 `n1` 超过了堆栈框架，但它的权重不是负数，因为 `func1` 没有在任何地方引用它的地址。然而，`n2` 会超过栈帧并被取消引用，Go 可以安全地在堆上分配它。