go内存管理|青训营笔记

课程介绍

本节围绕 Go 内存分配和编译器相关知识展开，探讨目前 Go 内存管理过程中问题，提出解决方案，同时将通过对编译器基本算法讲解，引出编译器优化路径。

基本概念

在了解Go的内存管理之前，我们需要了解一些基本概念。如果之前了解过JVM，这部分就相当于复习了

• Mutator：业务线程
• Collector：GC线程
• Serial GC：只有一个collector
• Parallel GC：支持多个collectors同时回收
• Concurrent GC：业务线程和GC线程可以同时执行

如何评价GC算法

1. 安全性(基本要求)：不能回收存活的对象
2. 吞吐量：1- GC时间/程序执行总时间
3. 暂停时间(STW)
4. 内存开销

如何判断对象是否是垃圾

引用计数法

给每个对象创建一个计数器，每当有地方引用它时，计数器加一，如果引用失效，计数器减一，当计数器为0时，认为是垃圾。

这种方法最大的缺点就是就是无法解决循环引用，比如A引用了B，B又引用了A，虽然没有其他地方引用这两个对象，但它们却无法被垃圾回收

追踪垃圾回收(可达性分析)

通过标记根对象，来判断哪些节点不可达，从而进行清除。这也是JVM采用的方法

GC算法

标记清除算法

先标记出所有需要回收的对象，之后再进行统一的回收

缺点：

1. 如果有大量对象需要回收，那么就需要大量的标记和清除操作，时间效率低
2. 容易产生内存碎片

标记复制算法

准备两个半区，首先只分配其中一个半区的空间，当需要垃圾回收时，将已使用半区的存活对象复制到未使用半区的空间，清除使用过的半区的空间

优点：

1. 不会产生内存碎片
2. 当剩余存活对象较少时，效率很高

缺点：

1. 当剩余存活对象较多时，效率低

标记整理算法

为了解决标记清除算法的内存碎片问题，标记整理算法在标记之后，选择先让所有用户线程停止，然后将所有的存活对象向一端进行对齐，之后清除边界外的内存空间。

缺点：

1. 虽然标记清除算法也需要Stop the world操作来进行标记，但标记整理算法的停顿时间较长

分代假说

因为有些对象被创建出来后很快就不被使用了，如果我们还是按照统一的频率和策略进行GC，那么性能就不会有很好的表现。因此，我们按照每个对象的年龄(经过GC的次数)进行划分，分为老年代和新生代。新生代可以采取标记-复制法，而老年代可以采取标记-清除法。

Go内存分配

1. 提前将内存分块

   1. 通过mmap向OS申请一大块内存，例如4MB
   2. 先将内存划分成大块，称作mspan
   3. 再将大块划分成特定大小的小块，用于对象分配
   4. noscan mspan：分配不包含指针的对象——GC不需要扫描
   5. scan mspan：分配包含指针的对象——GC需要扫描

2. 根据对象的大小，选择最合适的块返回

除此之外，为了goroutine快速分配对象，每个逻辑处理器都有自己的mcache，mcache管理着一组mspan，当mcache中的mspan分配完毕，会向mcentral申请带有未分配块的mspan，当mspan中没有分配的对象，mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻归还给OS

再次优化

目前字节内部对Go的内存分配也进行优化，其中一点为Balanced GC，即将多次小对象的分配合成为一次大对象的分配

对于每个goroutine，都绑定一块内存，称为goroutine allocate buffer(GAB)，用于noscan类型的小对象分配，我们只需三个指针，就能维护这片内存的使用情况，即base，top，end