导读
想深入了解Go语言的内存管理实现，必然绕不开「Go内存管理单元mspan」，今天我们就通过几张图，层层深入并解开「Go内存管理单元mspan」的神秘面纱。
本文也包含的具体概念如下：
page的概念mspan的概念object的概念FreeList的概念sizeclass的概念spanclass的概念
正文
介绍Go内存管理单元mspan前，需要先看下page的概念，因为mspan是由N个且连续的page组成。
page的概念
操作系统是按page管理内存的，同样Go语言也是也是按page管理内存的，1page为8KB，保证了和操作系统一致，如下图所示：
Go内存管理单元mspan通常由N个且连续的page组成，如下图所示：
mspan由page组成
mspan可以由1个page组成mspan也可以由2个连续的page组成mspan也可以由3个连续的page组成mspan更可以由N个连续的page组成
上图左半部分是mspan的结构体的关键字段，其中npages就代表了这个mspan是由几个连续的page组成。
除此之外，mspan和mspan之间还可以构成链表，如下图所示
mspan可构成链表
这里需要注意的是：只有npages的值相同的mspan互相才可以组成一个链表。如上图所示，具体原因下文会讲。
看到这里，你会以为Go是按页
page8KB为最小单位分配内存的吗？
答案：当然不是，如果这样的话会导致内存使用率不高。Go语言内存管理器会把mspan再拆解为更小粒度的单位object。如下图所示：
object和object之间构成一个链表，大家这里肯定会想到是LinkedList，实际上并不是，因为LinkedList节点自身的指针也会占用8B内存，作为内存管理器，这部分内存会被白白浪费掉，所以这里通常使用的数据结构是FreeList。
什么是FreeList？
FreeList本质上还是个LinkedList，和LinkedList的区别：
FreeList没有Next属性，所以不是用Next属性存放下一个节点的指针的值。FreeList“相当于使用了Value的前8字节”(其实就是整块内存的前8字节)存放下一个节点的指针。- 分配出去的节点，节点整块内存空间可以被复写(指针的值可以被覆盖掉)
如下图所示：
所以：
FreeList一个节点最小为8字节Byte
备注：因为要存指针，指针的大小为8字节，为什么？可以参考之前文章《64位平台下，指针自身的大小为什么是8字节？》
得到Go内存管理单元mspan被拆解为object图示如下：
到这里问题又来了，
object的具体大小是多大呢，是怎么决定的？
答案：是由sizeclass决定的。
什么是sizeclass？
sizeclass是一个映射列表，实际是一个数组类型[68]uint16，它的值决定了object的大小，除此之外，mspan由几pages构成也是sizeclass值决定的。sizeclass映射列表的具体规则如下：
// 文件位置：`src/runtime/sizeclasses.g`
// 索引0位置被保留使用，具体使用位置后续会讲。
如上文所述，`object`之间采用freelist数据结构构成链表，指针为8Byte所以最小的object大小为8Byte
字段解释：
class: sizeclass值
bytes/obj: 该`mspan`拆分object大小
bytes/span: 该`mspan`是由几pages组成
objects: 该`mspan`共计包含的object数量
tail waste: 该`mspan`拆分为object之后，mspan剩余末尾浪费的内存
// class bytes/obj bytes/span objects tail waste max waste
//
// 1 8 8192 1024 0 87.50%
// 2 16 8192 512 0 43.75%
// 3 24 8192 341 8 29.24%
// 4 32 8192 256 0 21.88%
// 5 48 8192 170 32 31.52%
// 6 64 8192 128 0 23.44%
// 略...
// 62 20480 40960 2 0 6.87%
// 63 21760 65536 3 256 6.25%
// 64 24576 24576 1 0 11.45%
// 65 27264 81920 3 128 10.00%
// 66 28672 57344 2 0 4.91%
// 67 32768 32768 1 0 12.50%
sizeclass值 | object大小 | 由几pages组成 |
|---|---|---|
| 0 | 保留 | 1page |
| 1 | 8Byte | 1pages |
| 2 | 16Byte | 1page |
| 3 | 24Byte | 1page |
| ... | ... | ... |
| 67 | 32KB | 4pages |
所以mspan结构体上只要维护一个sizeclass的字段，就可以知道该mspan中object的大小、数量。但是呢，实际上这个字段并不是sizeclass，而是spanclass，如下图所示：
那么，问题又来了😂。
什么是spanclass？
实际上Go内存管理单元mspan被分为了两类：
- 第一类：需要垃圾回收扫描的
mspan，简称scan - 第二类：不需要垃圾回收扫描的
mspan，简称noscan
所以说并不是所有的Go内存管理单元mspan会被垃圾回收扫描。为了区别这两类mspan，Go语言把类型标识和上面sizeclass的值一起放在了同一个字段里，具体如下：
sizeclass值左移一位：sizeclass << 1sizeclass值最后一位存类型- 最后一位为1：则是不需要垃圾回收扫描的
mspan - 最后一位为0：则是需要垃圾回收扫描的
mspan
- 最后一位为1：则是不需要垃圾回收扫描的
图示如下：
总结
mspan拆分object总结
这里我们以spanclass的10进制值为7的mspan为例：
spanclass10进制值为7 |
|---|
可得，spanclass2进制为0000 0111 |
可得，sizeclass为7>>1：2进制0000 0011，10进制3 |
可得，mspan由1page组成，共计8KB(8192Byte) |
可得，object大小为24Byte |
可得，mspan共计包含341个object |
可得，mspan尾部浪费8Byte |
具体图示如下：
mspan关键字段总结
挑选mspan的几个重要字段，如下图：
| 字段名 | 解释 |
|---|---|
| next、prev、list | mspan之间可以构成链表 |
| startAddr | mspan内存的开始位置，N个连续page内存的开始位置 |
| npages | mspan由几page组成 |
| freeindex | 空闲object链表的开始位置 |
| nelems | 一共有多少个object |
| spanclass | 决定object的大小、以及当前mspan是否需要垃圾回收扫描 |
| ... | ... |
