这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 2 天
序言
将昨日字节第五届青训营Go语言内存管理的课程笔记结合思考，整理成这篇笔记文章。我们想要了解Go语言的相关内存管理机制，首先需要了解一些通用的自动内存管理知识。
自动内存管理（也常成为垃圾回收-Garbage Collect）
自动内存管理：由程序语言的运行时系统管理动态内存
好处：
避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑 保证内存使用的正确性和安全性:，可以避免像double-free problem（重复释放已经释放的对象）, use-after-free problem（使用已经释放的对象）
三个任务：
- 为新对象分配空间；
- 找到存活对象；
- 回收死亡对象的内存空间。
一些自动化管理的相关概念：
- Mutator: 业务线程，分配新对象，修改对象指向关系。指那些用户启动的线程，像go中用户启动的goroutine。
- Collector: GC 线程，找到存活对象，回收死亡对象的内存空间。就是一个垃圾回收器。 不同类型的collector
- Serial GC: 只有一个 collector
2. Parallel GC: 并行 GC，支持多个 collectors 同时回收的 GC 算法。它比Serial GC的优点在于在暂停状态有多个collector在进行垃圾回收，回收效率高出很多。
3. Concurrent GC: 并发 GC，支持 mutator(s) 和 collector(s) 同时执行的 GC 算法。该种类型的collector的难度在于它必须感知到对象只想关系的改变。因为在垃圾回收的collector线程执行的时候，还有其他的用户线程在执行，可能会有的对象依赖的对象需要被释放导致该对象也需要被释放，或者是本来要释放的对象重新有对象需要依赖它，从而使得给对象不能被释放。
两种常见的GC技术
1.追踪垃圾回收（Tracing garbage collection） 对象被回收的条件：指针指向对象不可达。
步骤：
- 标记根对象 (GC roots): 静态变量、全局变量、常量、线程栈等
- 标记：从根对象出发，找到所有可达对象
- 清理：回收所有不可达对象占据的内存空间
需要根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略
- Copying GC: 将存活对象从一块内存空间复制到另外一块内存空间，原先的空间可以直接进行对象分配
- Copying GC: 将存活对象从一块内存空间复制到另外一块内存空间，原先的空间可以直接进行对象分配
- Mark-sweep GC: 将死亡对象所在内存块标记为可分配，使用 free list 管理可分配的空间
- Mark-compact GC: 将存活对象复制到同一块内存区域的开头
标记和清理策略的使用实例：分代GC 基于分代假说——很多对象在分配出来后很快就不用了。可以将经历过的GC次数作为每个对象的年龄。可以针对年轻的和老年的对象，制定不同的GC策略以降低整体的内存管理开销。 年轻代用常规方法进行对象分配，由于存活下来的对象会很少，因此可以采用copying collection，GC吞吐率很高。 老年代对象趋向于一直活着，反复复制开销较大，可以采用mark——sweep collection，不改变已分配对象内存的位置，用指针将空的位置链接起来。
2.引用计数
-
每个对象都有一个与之关联的引用数目
-
对象存活的条件：当且仅当引用数大于 0
-
优点
- 内存管理的操作被平摊到程序运行中：指针传递的过程中进行引用计数的增减
- 不需要了解 runtime 的细节：因为不需要标记 GC roots，因此不需要知道哪里是全局变量、线程栈等
-
缺点
- 开销大，因为对象可能会被多线程访问，对引用计数的修改需要原子操作保证原子性和可见性
- 无法回收环形数据结构
- 每个对象都引入额外存储空间存储引用计数
- 虽然引用计数的操作被平摊到程序运行过程中，但是回收大的数据结构依然可能引发暂停
Go的内存分配管理
提前将内存分块
- 调用系统调用 mmap() 向 OS 申请一大块内存，例如 4 MB
- 先将内存划分成大块，例如 8 KB，称作 mspan
- 再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配
- noscan mspan: 分配不包含指针的对象 —— GC 不需要扫描
- scan mspan: 分配包含指针的对象 —— GC 需要扫描
需要根据对象的大小选择合适的内存块分配给对象。
Go的内存分配借鉴了TC-thread caching使用了多级缓存加快了内存分配的速度。内存分配路线图如下：
首先一个goroutine（图中标的g）依赖一个m（method），m依赖于一个对象p。mcache管理划分长度不同的mspans，会根据所需大小分配给对象。多个mcentral分别根据不同的长度进行划分，当mcache中的内存地址分配完毕后，会向mcentral申请带有未分配块的mspan。若一个mspan中没有被分配的对象了，也不会立刻被系统回收，而是在mcentral中缓存。
