GO逃逸分析

内存管理

内存管理主要包括两个动作：分配与释放。逃逸分析就是服务于内存分配的，而内存的释放由GC负责。

栈

在Go语言中，栈的内存是由编译器自动进行分配和释放的，栈区往往存储着函数参数、局部变量和调用函数帧，它们随着函数的创建而分配，随着函数的退出而销毁。

Go应用程序运行时，每个 goroutine 都维护着一个自己的栈区，这个栈区只能自己使用不能被其他 goroutine 使用。栈是调用栈（call stack）的简称。一个栈通常又包含了许多栈帧（stack frame），它描述的是函数之间的调用关系

堆

与栈不同的是，堆区的内存一般由编译器和工程师自己共同进行管理分配，交给 Runtime GC 来释放。在堆上分配时，必须找到一块足够大的内存来存放新的变量数据。后续释放时，垃圾回收器扫描堆空间寻找不再被使用的对象。

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。

为了方便大家理解，我们再从以下角度对比一下堆栈：

• 栈不需要加锁：每个goroutine都独享自己的栈空间，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，他为每个处理器分配了一个mcache，注意：从mcache分配内存也是无锁的。

  加锁：

  • 栈不需要加锁：每个goroutine都独享自己的栈空间，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，他为每个处理器分配了一个mcache，注意：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，还需要有标记清除阶段，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

        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，在函数返回后无法证明变量未被引用，则该变量将被分配到堆上，该变量不随函数栈的回收而回收。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

          如何实践

          举个日常开发中函数传参例子：

          有些场景下我们不应该传递结构体指针，而应该直接传递结构体。

          为什么会这样呢？虽然直接传递结构体需要值拷贝，但是这是在栈上完成的操作，开销远比变量逃逸后动态地在堆上分配内存少的多。

          当然这种做法不是绝对的，要根据场景去分析：

          • 如果结构体较大，传递结构体指针更合适，因为指针类型相比值类型能节省大量的内存空间
          • 如果结构体较小，传递结构体更适合，因为在栈上分配内存，可以有效减少GC压力