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Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French.

?? 這篇文章基于 Go 1.13。

在內(nèi)存從分配到回收的生命周期中，內(nèi)存不再被使用的時候，標(biāo)準(zhǔn)庫會自動執(zhí)行 Go 的內(nèi)存管理。雖然開發(fā)者不必操心這些細(xì)節(jié)，但是 Go 語言所做的底層管理經(jīng)過了很好的優(yōu)化，同時有很多有趣的概念。

堆上的分配

內(nèi)存管理被設(shè)計為可以在并發(fā)環(huán)境快速執(zhí)行，同時與垃圾收集器集成在了一起。從一個簡單的例子開始：

package?main

type?smallStruct?struct?{
???a,?b?int64
???c,?d?float64
}

func?main()?{
???smallAllocation()
}

//go:noinline
func?smallAllocation()?*smallStruct?{
???return?&smallStruct{}
}

注釋 //go:noinline 會禁用內(nèi)聯(lián)，以避免內(nèi)聯(lián)通過移除函數(shù)的方式優(yōu)化這段代碼，從而造成最終沒有分配內(nèi)存的情況出現(xiàn)。

通過運行逃逸分析命令 go tool compile "-m" main.go 可以確認(rèn) Go 執(zhí)行了的分配：

main.go:14:9:?&smallStruct?literal?escapes?to?heap

借助 go tool compile -S main.go 命令得到這段程序的匯編代碼，可以同樣明確地向我們展示具體的分配細(xì)節(jié)：

0x001d?00029?(main.go:14)???LEAQ???type."".smallStruct(SB),?AX
0x0024?00036?(main.go:14)??PCDATA?$0,?$0
0x0024?00036?(main.go:14)??MOVQ???AX,?(SP)
0x0028?00040?(main.go:14)??CALL???runtime.newobject(SB)

函數(shù) newobject 是用于新對象的分配以及代理 mallocgc 的內(nèi)置函數(shù)，該函數(shù)在堆上管理這些內(nèi)存。在 Go 語言中有兩種策略，一種用于較小的內(nèi)存空間的分配，而另一種則用于較大的內(nèi)存空間的分配。

較小內(nèi)存空間的分配策略

對于小于 32kb 的，較小的內(nèi)存空間的分配策略，Go 會從被叫做 mcache 的本地緩存中嘗試獲取內(nèi)存。這個緩存持有一個被叫做 mspan 的內(nèi)存塊(span ，32kb 大小的內(nèi)存塊)列表, mspan 包含著可用于分配的內(nèi)存：

每個線程 M 被分配一個處理器 P，并且一次最多處理一個 goroutine。在分配內(nèi)存時，當(dāng)前的 goroutine 會使用它當(dāng)前的 P 的本地緩存，在 span 鏈表中尋找第一個可用的空閑對象。使用這種本地緩存不需要鎖操作，從而分配效率更高。

span 鏈表被劃分為 8 字節(jié)大小到 32k 字節(jié)大小的，約 70 個的大小等級，每個等級可以存儲不同大小的對象。

每個 span 鏈表會存在兩份：一個鏈表用于不包含指針的對象而另一個用于包含指針的對象。這種區(qū)別使得垃圾收集器更加輕松，因為它不必掃描不包含任何指針的 span。

在我們前面的例子中，結(jié)構(gòu)體的大小是 32 字節(jié)，因此它會適合于 32 字節(jié)的 span ：

現(xiàn)在，我們可能會好奇，如果在分配期間 span 沒有空閑的插槽會發(fā)生什么。Go 維護(hù)著每個大小等級的 span 的中央鏈表，該中央鏈表被叫做 mcentral，其中維護(hù)著包含空閑對象的 span 和沒有空閑對象的 span ：

mcentral 維護(hù)著 span 的雙向鏈表；其中每個鏈表節(jié)點有著指向前一個 span 和后一個 span 的引用。非空鏈表中的 span 可能包含著一些正在使用的內(nèi)存，“非空”表示在鏈表中至少有一個空閑的插槽可供分配。當(dāng)垃圾收集器清理內(nèi)存時，可能會清理一部分 span，將這部分標(biāo)記為不再使用，并將其放回非空鏈表。

我們的程序現(xiàn)在可以在沒有插槽的情況下向中央鏈表請求 span ：