快捷導(dǎo)航

Go逃逸分析示例詳解

更新時(shí)間：2022年08月16日 08:56:23 作者：王中陽(yáng)Go

這篇文章主要為大家介紹了Go逃逸分析示例詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

引言大綱

這個(gè)月我會(huì)整理分享一系列后端工程師求職面試相關(guān)的文章，知識(shí)脈絡(luò)圖如下：

JAVA/GO/PHP 面試常問(wèn)的知識(shí)點(diǎn)
DB：MySql PgSql
Cache: Redis MemCache MongoDB
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
算法
微服務(wù)&高并發(fā)
流媒體
WEB3.0
源碼分析

通過(guò)這一系列的文章，大家不僅能復(fù)習(xí)梳理后端開(kāi)發(fā)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，也可以了解目前的市場(chǎng)環(huán)境對(duì)服務(wù)端開(kāi)發(fā)，尤其是對(duì)Go開(kāi)發(fā)工程師的崗位要求，需要掌握哪些核心技術(shù)。

上一篇文章：【狂刷面試題】GO常見(jiàn)面試題匯總我們介紹了：切片相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)；深拷貝和淺拷貝的區(qū)別；new和make的區(qū)別；map的底層實(shí)現(xiàn)是hash，默認(rèn)不支持排序，我們可以通過(guò)什么思路來(lái)實(shí)現(xiàn)map有序取值；值類(lèi)型和引用類(lèi)型的區(qū)別；GO語(yǔ)言中堆和棧的區(qū)別，什么數(shù)據(jù)會(huì)分配到堆中，什么變量會(huì)分配到棧中；

感興趣的同學(xué)可以先看上一篇文章，能更好的理解這篇介紹的硬核知識(shí)點(diǎn)：逃逸分析。

逃逸分析

我們?cè)谥坝刑岬蕉押蜅５母拍?，要搞清楚GO的逃逸分析一定要先搞清楚堆棧的特點(diǎn)：

正如我們上面提到的，內(nèi)存分配既可以分配到堆中，也可以分配到棧中。

那么什么樣的數(shù)據(jù)會(huì)被分配到棧中，什么樣的數(shù)據(jù)又會(huì)被分配到堆中呢？GO語(yǔ)言是如何進(jìn)行內(nèi)存分配的呢？其設(shè)計(jì)初衷和實(shí)現(xiàn)原理是什么呢？

我們先來(lái)了解一下內(nèi)存管理、堆、棧的知識(shí)點(diǎn)：

內(nèi)存管理

內(nèi)存管理主要包括兩個(gè)動(dòng)作：分配與釋放。逃逸分析就是服務(wù)于內(nèi)存分配，為了更好理解逃逸分析，我們?cè)賮?lái)回顧一下堆棧的特點(diǎn)：

棧

在Go中，棧的內(nèi)存是由編譯器自動(dòng)進(jìn)行分配和釋放，棧區(qū)往往存儲(chǔ)著函數(shù)參數(shù)、局部變量和調(diào)用函數(shù)幀，它們隨著函數(shù)的創(chuàng)建而分配，函數(shù)的退出而銷(xiāo)毀。

一個(gè)goroutine對(duì)應(yīng)一個(gè)棧，棧是調(diào)用棧（call stack）的簡(jiǎn)稱(chēng)。一個(gè)棧通常又包含了許多棧幀（stack frame），它描述的是函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系，每一幀對(duì)應(yīng)一個(gè)尚未返回的函數(shù)調(diào)用，它本身也是以棧形式存放數(shù)據(jù)。

堆

與棧不同的是，應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)只會(huì)存在一個(gè)堆。

我們可以簡(jiǎn)單理解為：我們?cè)贕O開(kāi)發(fā)過(guò)程中要考慮的內(nèi)存管理只是針對(duì)堆內(nèi)存而言的。

程序在運(yùn)行期間可以主動(dòng)從堆上申請(qǐng)內(nèi)存，這些內(nèi)存通過(guò)Go的內(nèi)存分配器分配，并由垃圾收集器回收。

堆和棧的對(duì)比

加鎖

棧不需要加鎖：棧是每個(gè)goroutine獨(dú)有的，這就意味著棧上的內(nèi)存操作是不需要加鎖的。
堆有時(shí)需要加鎖：堆上的內(nèi)存，有時(shí)需要加鎖防止多線程沖突

延伸知識(shí)點(diǎn)：為什么堆上的內(nèi)存有時(shí)需要加鎖？而不是一直需要加鎖呢？

因?yàn)镚o的內(nèi)存分配策略學(xué)習(xí)了TCMalloc的線程緩存思想，他為每個(gè)處理器P分配了一個(gè)mcache，從mcache分配內(nèi)存也是無(wú)鎖的

性能

堆內(nèi)存管理性能差：對(duì)于程序堆上的內(nèi)存回收，還需要通過(guò)標(biāo)記清除階段，例如Go采用的三色標(biāo)記法。
棧內(nèi)存管理性能好：棧上的內(nèi)存，它的分配與釋放非常高效的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它只需要兩個(gè)CPU指令：一個(gè)是分配入棧，另外一個(gè)是棧內(nèi)釋放。只需要借助于棧相關(guān)寄存器即可完成。

緩存策略

棧緩存性能更好
堆緩存性能較差

原因是：棧內(nèi)存能更好地利用CPU的緩存策略，因?yàn)闂？臻g相較于堆來(lái)說(shuō)是更連續(xù)的。

逃逸分析優(yōu)勢(shì)

上面說(shuō)了這么多堆和棧的知識(shí)點(diǎn)，目的是為了讓大家更好的理解逃逸分析。

正如我們講的，相比于把內(nèi)存分配到堆中，分配到棧中優(yōu)勢(shì)更明顯。

Go語(yǔ)言也是這么做的：Go編譯器會(huì)盡可能將變量分配到到棧上。

但是，當(dāng)編譯器無(wú)法證明函數(shù)返回后，該變量沒(méi)有被引用，那么編譯器就必須在堆上分配該變量，以此避免懸掛指針（dangling pointer）。另外，如果局部變量非常大，也會(huì)將其分配在堆上。

Go是如何確定內(nèi)存是分配到棧上還是堆上的呢？

答案就是：逃逸分析。

編譯器通過(guò)逃逸分析技術(shù)去選擇堆或者棧，逃逸分析的基本思想如下：檢查變量的生命周期是否是完全可知的，如果通過(guò)檢查，則在棧上分配。否則，就是所謂的逃逸，必須在堆上進(jìn)行分配。

逃逸分析原則

Go語(yǔ)言雖然沒(méi)有明確說(shuō)明逃逸分析原則，但是有以下幾點(diǎn)準(zhǔn)則，是可以參考的。

不同于jvm的運(yùn)行時(shí)逃逸分析，Go的逃逸分析是在編譯期完成的：編譯期無(wú)法確定的參數(shù)類(lèi)型必定放到堆中；
如果變量在函數(shù)外部沒(méi)有引用，則優(yōu)先放到棧中；
如果變量在函數(shù)外部存在引用，則必定放在堆中；
如果變量占用內(nèi)存較大時(shí)，則優(yōu)先放到堆中；

逃逸分析舉例

我們使用這個(gè)命令來(lái)查看逃逸分析的結(jié)果： go build -gcflags '-m -m -l'

1.參數(shù)是interface類(lèi)型

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

運(yùn)行結(jié)果

原因分析

因?yàn)镻rintln(a ...interface{})的參數(shù)是interface{}類(lèi)型，編譯期無(wú)法確定其具體的參數(shù)類(lèi)型，所以?xún)?nèi)存分配到堆中。

2. 變量在函數(shù)外部有引用

package main
func test() *int {
   a := 10
   return &amp;a
}
func main() {
   _ = test()
}

運(yùn)行結(jié)果

原因分析

變量a在函數(shù)外部存在引用。

我們來(lái)分析一下執(zhí)行過(guò)程：當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢，對(duì)應(yīng)的棧幀就被銷(xiāo)毀，但是引用已經(jīng)被返回到函數(shù)之外。如果這時(shí)外部通過(guò)引用地址取值，雖然地址還在，但是這塊內(nèi)存已經(jīng)被釋放回收了，這就是非法內(nèi)存。

在這種情況下必須分配到堆上。

3. 變量?jī)?nèi)存占用較大

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

運(yùn)行結(jié)果

原因分析

我們定義了一個(gè)容量為10000的int類(lèi)型切片，內(nèi)存分配到了棧上。

我們?cè)俸?jiǎn)單修改一下代碼，將切片的容量和長(zhǎng)度修改為1，再次查看逃逸分析的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)生逃逸，內(nèi)存默認(rèn)分類(lèi)到了棧上。

所以，當(dāng)變量占用內(nèi)存較大時(shí)，會(huì)發(fā)生逃逸分析，將內(nèi)存分配到堆上。

4. 變量大小不確定時(shí)

我們?cè)俸?jiǎn)單修改一下上面的代碼：

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

運(yùn)行結(jié)果

原因分析

我們通過(guò)控制臺(tái)的輸出結(jié)果可以很明顯的看出：發(fā)生了逃逸，分配到了heap堆中。

原因是這樣的：

我們雖然在代碼段中給變量 l 賦值了1，但是編譯期間只能識(shí)別到初始化int類(lèi)型切片時(shí)，傳入的長(zhǎng)度和容量是變量l，編譯器并不能確定變量l的值，所以發(fā)生了逃逸，會(huì)把內(nèi)存分配到堆中。

思考題

好了，我們舉了4個(gè)逃逸分析的經(jīng)典案例，相信聰明的你已經(jīng)理解了逃逸分析的作用和發(fā)生逃逸的場(chǎng)景。

我們來(lái)想一下，在理解逃逸分析的原理之后，在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中如何更好的編碼，進(jìn)而提高程序的效率，更好的利用內(nèi)存呢？

如何實(shí)踐？

理解逃逸分析一定能幫助我們寫(xiě)出更好的程序。知道變量分配在棧堆之上的差別后，我們就要盡量寫(xiě)出分配在棧上的代碼。因?yàn)槎焉系淖兞孔兩俸?，可以減輕內(nèi)存分配的開(kāi)銷(xiāo)，減小GC的壓力，提高程序的運(yùn)行速度。

但是我們也要有過(guò)猶不及的指導(dǎo)思想。

我認(rèn)為沒(méi)有一成不變的開(kāi)發(fā)模式，我們一定是在不斷的需求變化，業(yè)務(wù)變化中求得平衡的：

舉個(gè)日常開(kāi)發(fā)中函數(shù)傳參栗子：

有些場(chǎng)景下我們不應(yīng)該傳遞結(jié)構(gòu)體指針，而應(yīng)該直接傳遞結(jié)構(gòu)體。

為什么會(huì)這樣呢？雖然直接傳遞結(jié)構(gòu)體需要值拷貝，但是這是在棧上完成的操作，開(kāi)銷(xiāo)遠(yuǎn)比變量逃逸后動(dòng)態(tài)地在堆上分配內(nèi)存少的多。

當(dāng)然這種做法不是絕對(duì)的，要根據(jù)場(chǎng)景去分析：

如果結(jié)構(gòu)體較大，傳遞結(jié)構(gòu)體指針更合適，因?yàn)橹羔橆?lèi)型相比值類(lèi)型能節(jié)省大量的內(nèi)存空間
如果結(jié)構(gòu)體較小，傳遞結(jié)構(gòu)體更適合，因?yàn)樵跅Ｉ戏峙鋬?nèi)存，可以有效減少GC壓力