这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 5 天

Go 内存管理及优化

Go 内存分配思想 - 分块

内存分块流程

• 系统调用 mmap( ) 向 OS 申请一块足够大的内存
• 将内存划分成大块，即 mspan
• 将大块划分成特定大小的小块，用于对象分配
• noscan mspan
  GC 不需要扫描
  • 原理：因为分配的是不包含指针的对象
• scan mspan
  GC 需要扫描
  • 原理：因为分配的是包含指针的对象

Go 内存分配思想 - 缓存

线程缓存的 Malloc
G(goroutine) M(thread) P(processor) 模型

TCMalloc 原理

• 每一个 P 包含一个 mcache 用于快速分配
• mcache 是为绑定在 P 上的 G 分配对象
• mcache 作为缓存区 管理一组 mspan
• 当 mspan 中没有分配对象时，mspan 会被缓存在 mcentral 全局中心缓存中，并不会立即释放归还给 OS

Go 内存分配 - 优化策略

Go 实际开发中的背景

• 对象分配非常高频率

  • 每秒分配 GB 级别的内存
  • 对象分配的函数是最频繁调用的函数之一

• 小对象占比较高

• 分配路径流程

  • G -> M -> P -> mcache -> mspan -> memory block -> return pointer
  • 路径过长

Balanced GC 优化策略

• G(goroutine) A(allocation) B(buffer)

  • GAB 相当于是是一个大对象
  • 本质是将多次的小对象的分配合并成一次的大对象分配

• 每个 G 绑定一大块内存

• GAB 用于 noscan 类型的小对象(<128 B) 分配

• 三指针维护 G A B

  • base
  • end
  • top

• 内存分配流程

  • 直接操作 top 指针移动指定长度，并返回，完成内存分配

	if top+size <= end {
		addr := top
		top += size // move pointer
		return addr // memory
	}

• Balanced GC 性能缺陷

  • GAB 中 存活的小对象会使 GAB 整个被标记为存活的
  • 导致 GAB 整个被占用，造成内存延迟释放

• Balanced GC 性能优化方案

  • 当多个 GAB 中存在部分存活对象，且所占内存总和超过了一定阈值，我们将这些 GAB 中的内存复制到另外分配的 GAB 中
  • 这样子原先的 GAB 就能释放掉

---

Go 编译器优化

Go 编译器现状

• 采用的优化少
• 为了缩短编译时间，Go没有进行较为复杂的代码分析和优化

编译器优化原因

• 编译器优化能够使用户无感知，重新编译即可获得性能收益
• 编译器优化属于通用性优化

编译器优化方向

函数内联

原理：

• 直接将被调用的函数体的副本替换到调用位置上

优势：

• 消除函数调用开销，因为不需要传递参数等
• 将过程间分析转化为过程内分析，能够为逃逸分析优化提供便利
• 函数 inline 后性能提升明显

缺点：

• 函数体变大
• 编译生成的 Go 镜像变大

逃逸分析

原理：

• 指针在哪里可以被访问

逃逸表现：

• 指针作为参数传递给其他函数
• 指针传递给全局变量
• 指针传递给其他的 goroutine
• 指针传递给已经逃逸的指针 所指向的对象

---