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通过Goalng内存逃逸分析讨论GC的压力

通过Goalng内存逃逸分析讨论GC的压力

作者: algebra2k | 来源:发表于2019-09-30 17:17 被阅读0次

    无GC语言是怎么运作的

    一般来说,类似C/C++语言通过 malloc等方法分配的内存是在heap上的,但在Golang中却不是这样的,即便使用 new,也不一定分配在heap上,这也是我们今天要关注的问题。

    那么为什么Go会这样呢?

    其实也很简单,因为Go是有runtime的,实际分配在heap还是stack是由runtime决定的。看到这里可能会很奇怪,为什么有runtime,有GC我们还要关心分配在哪里呢?一切交给runtimeGC去管理就好了呀!

    是的,确实是这样,但是有效的使用堆内存,避免因系统GC造成的STW带来的性能损失对于某些系统来说也是比较重要的。因此,接下来将说明Go的runtime如何决定变量分配在哪里的。

    什么是逃逸分析?

    在进入下面的内容前,先来解释下什么是逃逸分析。

    其实很简单

    逃逸分析就是由编译器确定内存在heap还是在stack,而不是程序员决定。

    更进一步

    如果在函数中申请一个新的对象

    • 如果分配在栈中,则函数执行结束可自动将内存回收;
    • 如果分配在堆中,则函数执行结束可交给GC(垃圾回收)处理;

    那怎么确定发生了逃逸呢?

    如果本该分配在stack上的内存分配到了heap,则发生了逃逸。

    逃逸的场景在Go中有多个,下面将详细介绍

    逃逸场景

    要有效的使用堆内存,就需要了解什么情况下发生逃逸。

    场景一:指针逃逸

    因为Go有指针机制,因此我们可以在函数结束时返回一个指针

    package main
    
    func main() {
        _ = f(10, 20)
    }
    
    func f(x, y int) *int {
        n := new(int)
        *n = x * y
        return n
    }
    

    这段代码发生了逃逸,我们用 gcflags "-m -l" 来查看,其中 -l是阻止内联优化

    .\main.go:8:10: new(int) escapes to heap
    

    编译时显示第8行代码分配在heap上,也就是 n := new(int) 这段代码

    场景二:栈空间不足逃逸

    当我们分配的变量内存超过stack空间时,也会发生逃逸,如下代码

    package main
    
    func main() {
        _ = make([]int, 1000, 1000)
    }
    

    编译时提示

    .\main.go:4:10: main make([]int, 1000, 1000) does not escape
    

    没有发生逃逸,也就意味着没有超过stack空间,我们加大内存分配

    package main
    
    func main() {
        _ = make([]int, 1000, 10000)
    }
    
    

    将数量调整至 10000,再进行编译提示

    .\main.go:4:10: make([]int, 1000, 10000) escapes to heap
    

    发生了逃逸

    场景三:动态分配逃逸

    比如下面这段代码

    package main
    
    func main() {
        l := 10
        _ = make([]int, l)
    }
    

    编译时提示

    .\main.go:5:10: make([]int, l) escapes to heap
    

    发生逃逸的原因很简单,因为 l变量可能被更改,所以编译器认为应该分配到 heap

    场景四:闭包引用对象逃逸

    Go语言支持闭包机制的,因此也会发生逃逸,如下代码

    package main
    
    func main() {
        _ = f()
    }
    
    func f() func() int {
        a, b := 0, 1
        return func() int {
            return a + b
        }
    }
    

    编译时提示

    .\main.go:9:9: func literal escapes to heap
    .\main.go:9:9: func literal escapes to heap
    

    本来ab作为函数局部变量应该分配到stack中,但是由于f()函数返回了一个闭包函数,因此编译器认为ab应该分配到heap

    场景五:其他函数栈使用了该内存

    package main
    
    import "fmt"
    
    func main() {
        a := new(int)
        fmt.Println(a)
    }
    

    编译时提示

    .\main.go:7:13: a escapes to heap
    .\main.go:6:10: new(int) escapes to heap
    .\main.go:7:13: main ... argument does not escape
    

    总结

    逃逸分析在编译阶段完成,逃逸分析目的是决定内存地址分配在stack上还是heap上。

    通过了解逃逸分析,我们在编写Go代码时就可以知道内存究竟是在heap上分配还是在stack上分配,然后更精细的控制heap上的内存分配,减轻GC压力。

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