这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 11 天。

1. 协程栈

1.1. 逃逸分析

Go 编译器会尽可能将变量分配在栈上. 以下两种情况，Go 编译器会将变量分配在堆上：1. 如果一个变量被取地址，并且被逃逸分析为逃逸到堆；2. 该变量很大。

逃逸有三种方式：指针逃逸、空接口逃逸、大变量逃逸。

指针逃逸：函数返回了某个变量的指针或地址。
空接口逃逸：如果函数的形参为 interface{}（即变量类型不确定），函数的实参很可能会逃逸到堆上。这是因为 interface{} 类型大概率会使用到反射。
大变量逃逸：大变量会消耗大量栈空间，导致栈空间不足。 64 位机器中，一般超过 64KB 的变量会逃逸到堆上。

详解Go逃逸分析

栈扩容机制：Go 1.13 之前使用分段栈；之后使用连续栈。

分段栈：在新位置开辟一片空间供栈使用
- 优点：没有空间浪费
- 缺点：若在扩容之处有多次的函数调用，那么就会反复地进行栈帧开辟和回收操作，栈指针会在不连续的位置来回跳转。
连续栈：在新的位置开辟一块更大（原来的 2 倍）的栈，将栈全部拷贝过来；当栈内存使用率低于 1/4 时，缩小栈为原来的一半。
- 优点：空间一直连续
- 缺点：伸缩时开销大

操作系统是不允许进程直接使用物理内存的。
操作系统为每个进程都提供了一块可供使用的虚拟的内存空间，由操作系统来将虚拟内存空间映射到物理内存或者外存（磁盘，Linux 称为 swap 区）中。
虚拟内存的大小是：32 位 4G，64 位 256T。
Go 申请虚拟内存是一块一块申请的，每个单元被称为 heapArena，大小是 64M。
最多可以有 $2^{22} = 4,194,304$ 个这种 heapArena 虚拟内存单元。
所有的 heapArena 组成了 Go 的堆内存 mheap（刚好 $64M * 2^{22} = 256T$ ）。

分级分配：把内存分为几种不同大小的块，将对象放入能容纳其的最小块中。
mspan：Go 中使用内存的最小单元为 mspan，每个 mspan 是若干个相同大小的内存块。一共有 67 种 mspan。
mcentral：为快速找到适合分配给对象的 mspan，采用中心索引的方式。有 136 个 mcentral 个结构体，其中 68 个记录需要 GC 扫描的 mspan，68 个记录不需要 GC 扫描的 mspan
对象分级
- 分级
  - Tiny 微对象 0 - 16B, 无指针类型的属性
  - Small 小对象 16B - 32B
  - Large 大对象 32B 以上
- 微对象和小对象分配至普通 mspan；大对象量身定做 mspan（class 0）
- 将多个微对象合并为一个，存入一个 16B 的 mspan（class 2）中
- 小对象则寻找一个合适大小的 mspan 来存放

垃圾收集算法：标记清除、标记整理、复制算法
由于 Go 使用的是分级分配内存的机制，并不会产生内存碎片的问题，所以使用的是标记清除算法。

根搜索算法 GC Roots Tracing
通过一系列名为 "GC Roots" 的对象作为起点，开始向下搜索（广度优先遍历 DFS）。当从 GC Roots 到一个对象不可达时，则该对象是不可用的。
Go 中的 GC Roots 包括：