輕鬆理解 Go 中的內存逃逸問題

內存逃逸是什麼

  1. 在程序中，每個函數塊都會有自己的內存區域用來存自己的局部變量（內存佔用少）、返回地址、返回值之類的數據，這一塊內存區域有特定的結構和尋址方式，尋址起來十分迅速，開銷很少。這一塊內存地址稱爲棧。

  2. 棧是線程級別的，大小在創建的時候已經確定，當變量太大的時候，會 "逃逸" 到堆上，這種現象稱爲內存逃逸。

  3. 簡單來說，局部變量通過堆分配和回收，就叫內存逃逸。

內存逃逸危害

  1. 堆是一塊沒有特定結構，也沒有固定大小的內存區域，可以根據需要進行調整。

  2. 全局變量，內存佔用較大的局部變量，函數調用結束後不能立刻回收的局部變量都會存在堆裏面。

  3. 變量在堆上的分配和回收都比在棧上開銷大的多。

  4. 對於 go 這種帶 GC 的語言來說，會增加 gc 壓力，同時也容易造成內存碎片。

內存逃逸現象

  1. 向 channel 發送指針數據。因爲在編譯時，不知道 channel 中的數據會被哪個 goroutine 接收，因此編譯器沒法知道變量什麼時候纔會被釋放，因此只能放入堆中。

  2. 局部變量在函數調用結束後還被其他地方使用，比如函數返回局部變量指針或閉包中引用包外的值。因爲變量的生命週期可能會超過函數週期，因此只能放入堆中。

  3. 在 slice 或 map 中存儲指針。比如 []*string，其後面的數組可能是在棧上分配的，但其引用的值還是在堆上。

  4. 切片擴容後長度太大，導致棧空間不足，逃逸到堆上。

  5. 在 interface 類型上調用方法。在 interface 類型上調用方法時會把 interface 變量使用堆分配， 因爲方法的真正實現只能在運行時知道。

逃逸分析原則

  1. 編譯階段無法確定的參數，會逃逸到堆上；

  2. 變量在函數外部存在引用，會逃逸到堆上；不存在引用，則會繼續在棧上；

  3. 變量佔用內存較大時，會逃逸到堆上；

內存逃逸解決

  1. 對於小型的數據，使用傳值而不是傳指針，避免內存逃逸。

  2. 避免使用長度不固定的 slice 切片，在編譯期無法確定切片長度，只能將切片使用堆分配。

  3. interface 調用方法會發生內存逃逸，在熱點代碼片段，謹慎使用。避免內存逃逸需要遵循如下兩個原則：

  4. 指向棧對象上的指針不能被存儲到堆中。

  5. 指向棧對象上的指針不能超過該棧對象的聲明週期。

具體案例

參數爲 interface 類型會逃逸

下面通過舉例，來進一步論證逃逸分析的原則，加深一下理解

我們可以使用這個命令go build -gcflags '-m -m -l' go文件名，來查看逃逸分析的結果。

func main() {
  num := 1
  fmt.Println(num)
}

原因分析：

func Println(a ...interface{}) (n int, err error)，這個函數的入參是interface類型，編譯階段無法確定其具體的參數類型，所以內存分配到堆上

變量在函數外部有引用會逃逸

func main() {
  _ = test()
}

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

原因分析：

變量 num 在函數外部存在引用，函數退出時棧中的內存（棧幀）已經釋放，但引用已經被返回，如果通過引用地址取值，在棧中是取不到值的，所以 Go 爲了避免這個情況，會將內存分配到堆上。

變量佔用內存較大時會逃逸

func main() {
  //不會逃逸
  s1 := make([]int, 10, 10)
  for i := 0; i < 10; i++ {
    s1[i] = i
  }

  //會逃逸
  s2 := make([]int, 10000, 10000)
  for i := 0; i < 10000; i++ {
    s2[i] = i
  }
}

原因分析：

切片容量過大時，會產生逃逸，內存分配到堆上；容量小時，不會逃逸，內存分配依賴在棧上。

變量大小不確定時會逃逸

func main() {
  num := 10
  s := make([]int, num, num) 
  for i := 0; i < num; i++ {
    s[i] = i
  }
}

原因分析：

切片的長度和容量，雖然通過聲明的變量 num 來指定了，但在編譯階段是未知的，並不確定 num 的具體值，所以會逃逸，將內存分配到堆上。

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/vIPn2QgCkdlSMRSMRikbDA

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