先聊聊「堆栈」,再聊聊「逃逸分析」。Let(1),2024年最新程序员的中年危机

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与栈不同的是,应用程序在运行时只会存在一个堆。

我们可以简单理解为:我们用GO语言开发过程中,要考虑的内存管理只是针对堆内存而言的。

程序在运行期间可以主动从堆上申请内存,这些内存通过Go的内存分配器分配,并由垃圾收集器回收。

堆和栈的对比

加锁

  • 栈不需要加锁:栈是每个goroutine独有的,这就意味着栈上的内存操作是不需要加锁的。
  • 堆有时需要加锁:堆上的内存,有时需要加锁防止多线程冲突

延伸知识点:为什么堆上的内存有时需要加锁?而不是一直需要加锁呢?

因为Go的内存分配策略学习了TCMalloc的线程缓存思想,他为每个处理器P分配了一个mcache,从mcache分配内存也是无锁的

性能

  • 栈内存管理 性能好:栈上的内存,它的分配与释放非常高效的。简单地说,它只需要两个CPU指令:一个是分配入栈,另外一个是栈内释放。只需要借助于栈相关寄存器即可完成。
  • 堆内存管理 性能差:对于程序堆上的内存回收,还需要通过标记清除阶段,例如Go采用的三色标记法。

缓存策略

  • 栈缓存性能更好
  • 堆缓存性能较差

原因是:栈内存能更好地利用CPU的缓存策略,因为栈空间相较于堆来说是更连续的。

逃逸分析

上面说了这么多堆和栈的知识点,目的是为了让大家更好的理解逃逸分析

正如上面讲的,相比于把内存分配到堆中,分配到栈中优势更明显。

Go语言也是这么做的:Go编译器会尽可能将变量分配到到栈上。

但是,当编译器无法证明函数返回的变量有没有被引用时,编译器就必须在堆上分配该变量,以此避免悬挂指针(dangling pointer)的问题。

另外,如果局部变量占用内存非常大,也会将其分配在堆上。

Go是如何确定内存是分配到栈上还是堆上的呢?

答案就是:逃逸分析。

编译器通过逃逸分析技术去选择堆或者栈,逃逸分析的基本思想如下:检查变量的生命周期是否是完全可知的,如果通过检查,则在栈上分配。否则,就是所谓的逃逸,必须在堆上进行分配。

逃逸分析原则

Go语言虽然没有明确说明逃逸分析原则,但是有以下几点准则,是可以参考的。

  • 不同于JAVA JVM的运行时逃逸分析,Go的逃逸分析是在编译期完成的:编译期无法确定的参数类型必定放到堆中;
  • 如果变量在函数外部存在引用,则必定放在堆中;
  • 如果变量占用内存较大时,则优先放到堆中;
  • 如果变量在函数外部没有引用,则优先放到栈中;

逃逸分析举例

我们使用这个命令来查看逃逸分析的结果: go build -gcflags '-m -m -l'

1.参数是interface类型

package main

import "fmt"

func main() {
a := 666
fmt.Println(a)
}

运行结果

原因分析

因为Println(a …interface{})的参数是interface{}类型,编译期无法确定其具体的参数类型,所以内存分配到堆中。

2. 变量在函数外部有引用

package main

func test() \*int {
a := 10
return &a
}

func main() {
\_ = test()
}

运行结果

原因分析

变量a在函数外部存在引用。

我们来分析一下执行过程:当函数执行完毕,对应的栈帧就被销毁,但是引用已经被返回到函数之外。如果这时外部通过引用地址取值,虽然地址还在,但是这块内存已经被释放回收了,这就是非法内存。

为了避免上述非法内存的情况,在这种情况下变量的内存分配必须分配到堆上。

3. 变量内存占用较大

package main

func test() {
a := make([]int, 10000, 10000)
for i := 0; i < 10000; i++ {
a[i] = i
}
}

func main() {
test()
}

运行结果

原因分析

我们定义了一个容量为10000的int类型切片,发生了逃逸,内存分配到了堆上(heap)。

注意看:

我们再简单修改一下代码,将切片的容量和长度修改为1,再次查看逃逸分析的结果,我们发现,没有发生逃逸,内存默认分类到了栈上。

所以,当变量占用内存较大时,会发生逃逸分析,将内存分配到堆上。

4. 变量大小不确定时

我们再简单修改一下上面的代码:

package main

func test() {
l := 1
a := make([]int, l, l)
for i := 0; i < l; i++ {
a[i] = i
}
}

func main() {
test()
}

运行结果

原因分析

我们通过控制台的输出结果可以很明显的看出:发生了逃逸,分配到了heap堆中。

原因是这样的:

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