go语言内存管理 ｜ 青训营笔记

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第1篇笔记

1.自动内存管理/垃圾回收

三个任务

1. 为新对象分配内存
2. 找到存活的对象
3. 回收死亡对象的内存空间 相关概念（GC也就是Collector，垃圾回收器）
4. 业务线程，也是用户线程
5. GC线程，负责垃圾回收的线程
6. Serial GC：只有一个GC线程，GC线程和用户线程串行化执行
7. Parallel GC：多个GC线程同时回收垃圾
8. Concurrent GC：用户线程和GC线程可以同时执行。这要求GC线程能够感知对象指向关系的变化。

GC算法的评价指标

1. 安全性：不能够回收存活的对象
2. 吞吐率：1-GC时间/程序执行总时间
3. 暂停时间：STW，Stop The World
4. 内存开销：GC元数据开销

追踪垃圾回收

1. 对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象
2. 标记根对象。包括静态变量，全局变量，常量，线程栈
3. 找到可达对象。求指针传递关系的闭包，从根对象开始，找到所有可达的对象
4. 清除不可达的对象。
   1. 将存活的对象复制到另外的内存空间。Copying GC，复制到另外的内存
   2. 将死亡对象的内存标记为可用。Mark-sweep GC，标记清除
   3. 移动并整理存活对象。Mark-compact GC，标记后，原地整理

分代GC

1. 分代假说，大多数的对象都die young。很多对象刚分配就不使用了
2. 每个对象的年龄：经历GC的次数
3. 目的：对年轻和老年的对象，采用不同的GC策略，降低内存管理整体开销
4. 不同年龄的对象放在不同heap区域
5. 年轻代：常规的对象分配，存活对象较少，可以采用copying GC，GC吞吐率高
6. 老年代：对象趋于一致存活，反复复制的话开销比较大，可以采用mark-sweep GC 引用计数
7. 每个对象都有一个与之相关联的计数，记录了引用该对象的指针或者引用数目
8. 对象存活条件：引用计数大于0
9. 优点：内存管理操作被平摊在程序执行过程中，不需要了解runtime细节，比如c++的智能指针。
10. 缺点：维护引用计数开销大，要通过原子操作保证对引用计数的原子性和可见性。循环引用问题，但是可以通过弱引用解决。内存开销，需要引入额外的空间存储引用数目。回收内存依然可能引发暂停。

2. 内存分配

分块

1. 调用系统条用mmap()从os获取一块内存，例如4MB
2. 先将内存分成大块，mspan，8kb
3. mspan一共有67类，每一类mspan能够存储的对象大小不同。
4. noscan mspan，GC不需要扫描的mspan，分配的对象不包含指针
5. scan mspan，GC需要扫描的mspan，分配的对象包含指针

缓存

1. 每个P包含一个mcache用于为P上绑定的G快速分配内存
2. mcache管理67*2个mspan链表，每个类型的mspan有两个链表，scan和noscan
3. 当mcache中内存不够用时，向mcentral申请mspan。
4. mcentral管理一类mspan。也就是说一共67*2个mcentral，归mheap管理。

go中内存分配优化

1. 内存分配比较耗时，分配路径长
2. 小对象占比高
3. 对象分配是非常高频的操作，每秒分配GB级别

3. 编译

词法分析，语法分析，语义分析，中间表示，代码优化，代码生成

4. 内联函数

将被调用函数在调用位置展开，同时重写代码以反应参数的绑定 优点

1. 消除函数调用开销，比如参数传递，保存寄存器
2. 将过程间分析转换为过程内分析，帮助其他优化，比如逃逸分析。 缺点
3. 函数体变大，指令缓存不友好
4. 编译生成的go镜像变大

5. 逃逸分析

1. 分析代码中指针的动态作用域：指针在何处被访问
2. 思路
   1. 从对象分配处出发，沿着控制流，观察对象的数据流
   2. 若返现指针p在当前作用于s：

•     作为函数传递给其他变量
  

•     传递给全局变量
  

•     传递给其他携程
  

•     传递个已逃逸的指针指向的对象时
  

  3. 则指针p逃逸出s

3. 优化。未逃逸的指针在栈上分配，而栈上分配和回收非常快，移动栈顶指针即可，还减少了GC的负担。可以使用内联函数优化。