这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 12 天
本次内容为课程学习笔记。
Go内存分配
目标：为对象在heap 上分配内存
- 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4MB，先将内存划分为大块，比如8KB，称为mspan，再将mspan的大块内存继续划分成特定大小的小块，用作对象分配，例如第一个mspan每个块划分大小8B，16B等，对mspan做分类，有noscan mspan， 分配不包含指针的对像，所以GC不需要扫描这些对象，scan mspan，会分配包含指针的对象，此时GC需要扫描。
而对象分配即为根据对象的大小选择最合适的块来返回。
- 缓存
Go的内存分配器借鉴了TCMalloc的实现机制，TC指的是 thread caching，通过多级缓存来实现快速内存分配。
每个p包含一个mcache用于快速分配，用于为绑定于p上的g分配对象，分配内存从G出发，然后找到m和p，p上有mcache 存有很多mspans，根据对象大小找到最合适的mspan，如果mcache是满的，从下一级缓存，也即向mcentral申请带有未分配块的mspan，空余的mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻释放并归还给OS。
Go内存管理优化
对象分配对于线上服务是非常高频的操作，每秒分配GB级别的内存。因此需要内存分配的优化。而线上数据，小对象占比较高，绝大多数对象都小于80B，所以针对小对象做特定优化，而且Go内存分配比较耗时，分配路径长，g->m->p-> mcache -> mspan -> memoryblock -> return pointer。在对象分配上消耗CPU较多，基于pprof可以看出，对象分配的函数是最频繁调用的函数之一。
优化方案Balanced GC
GAB： 每个g都绑定一大块内存(1 KB)，称为goroutine allocation buffer(GAB), GAB用于noscan类型的<128B的小对象分配。
GAB的指针碰撞： 使用三个指针维护GAB: base（基地址）, end（结束地址）, top（当前地址），基于该思路，操作top指针移动部分长度，然后返回内存地址，无需和其他分配请求互斥，分配动作简单高效。
if top + size <= end {
addr := top
top += size
return addr
}
原理： GAB对于Go内存管理来说是一个大对象，本质是将多个小对象的分配合并成一次大对象的分配，所以对于大对象走较长的分配路径，而小对象基于指针碰撞分配路径
问题： 如果一个小对象存活，GAB整体都被标记为存活，这种的对象分配方式会导致内存被延迟释放。
解决方案： 当GAB总大小超过一定阈值的时候，移动GAB中存活的对象，将GAB中存活的对象复制到另外分配的GAB中，原先的GAB可以释放，避免内存泄漏，本质是用copying GC的算法来管理小对象。
编译器和静态分析
编译器结构
编译器是重要的系统软件，识别符合语法和非法的程序，进而生成正确且高效的代码。包括前端和后端。
分析部分（前端 ）：执行源代码读入；词法分析来生成词素；语法分析来生成语法树； 语义分析将结果放在语法树上，形成decorated AST；收集类型信息，进行语义检查进而生成中间代码，不论是什么编译器都是生成同样一组intermediate representation(IR)
综合部分（后端 ）：代码优化是机器无关的优化，生成优化后的IR， 基于不同平台的代码生成，生成目标代码。
静态分析
方法是不执行程序代码，只推导程序的行为。
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控制流：程序执行的流程
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数据流：数据在控制流上的传递。
通过分析控制流和数据流，从而了解程序的性质信息，并根据这些信息来优化代码。
关于过程内和过程间分析
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过程内分析：仅在函数内部进行分析
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过程间分析：考虑函数调用时参数传递和返回值的数据流和控制流：
过程间分析需要同时分析数据流和控制流，联合求解比较复杂。而通过函数内联可以简化过程间分析。
Go编译器优化
特点：用户无感知，只要重新编译即可获得性能收益，而且通用性优化对所有方向都有手段
场景：面向后端长期执行任务，所以考虑用编译时间换取更高效的机器码。
开发产品Bease mode可以实现如下编译配置：函数内联；逃逸分析；默认栈大小调整；边界检查消除；循环展开
函数内联
内联函数将被调用函数的函数体副本替换到调用位置上，同时重写代码来反映参数的绑定。
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优点是消除函数调用开销，例如传递参数，保存寄存器等；将过程间分析转换为过程内分析，帮助其他优化，例如逃逸分析等。
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缺点：函数体变大了，对instruction cache（icache）不友好，而且编译生成的Go镜像会变大。
函数内联在大多数情况下是正向优化。但不能无休止做内联，需要依据内联策略让编译器调整该函数是否该被内联。
改进：Go函数内联受到的限制较多，因为语言特性，例如interface和defer等限制了函数内联，内联策略比较保守。BeastMode调整了函数内联的策略，使得更多函数被内联，降低了函数调用的开销，增加了其他优化的机会，开销上，Go的镜像增加10%，编译时间增加。
逃逸分析
逃逸分析定义为分析代码中指针的动态作用域。也即指针在何处可以被访问。
从对象分配处出发， 沿着控制流，观察对象的数据流。如果指针p在当前作用域s：
- 作为参数传递给其他函数
- 传递给全局变量
- 传递给其他的goroutine
- 传递给已逃逸的指针指向的对象
则指针p指向的对象逃逸出s，也就是给了其他域访问p指向对象的机会，反之则没有逃逸出s。
Beast mode的改进是函数内联拓展了函数的边界，导致更多对象不逃逸。对象在栈上分配和回收很快，只需要移动sp；减少在heap上的分配对象，降低GC负担。
