淺析Golang中的內(nèi)存逃逸
什么是內(nèi)存逃逸分析
內(nèi)存逃逸分析是go的編譯器在編譯期間,根據(jù)變量的類(lèi)型和作用域,確定變量是堆上還是棧上
簡(jiǎn)單說(shuō)就是編譯器在編譯期間,對(duì)代碼進(jìn)行分析,確定變量分配內(nèi)存的位置。如果變量需要分配在堆上,則稱作內(nèi)存逃逸了。
為什么需要逃逸分析
因?yàn)間o語(yǔ)言是自動(dòng)自動(dòng)內(nèi)存管理的,也就是有GC的。開(kāi)發(fā)者在寫(xiě)代碼的時(shí)候不需要關(guān)心考慮內(nèi)存釋放的問(wèn)題,這樣編譯器和go運(yùn)行時(shí)(runtime)就需要準(zhǔn)確分配和管理內(nèi)存,所以編譯器在編譯期間要確定變量是放在堆空間和??臻g。
如果變量放錯(cuò)了位置會(huì)怎樣
我們知道,??臻g和生命周期是和函數(shù)生命周期相關(guān)的,如果一個(gè)函數(shù)的局部變量離開(kāi)了函數(shù)的范圍,比如函數(shù)結(jié)束時(shí),局部變量就會(huì)失效。所以要把這樣的變量放到堆空間上。
既然如此,那把所有在變量都放在堆上不就行了,這樣一來(lái),是沒(méi)啥問(wèn)題了,但是堆內(nèi)存的使用成本比占內(nèi)存要高好多。使用堆內(nèi)存,要向操作系統(tǒng)申請(qǐng)和歸還,而占內(nèi)存是程序運(yùn)行時(shí)就確定好了,如何使用完全由程序自己確定。在棧上分配和回收內(nèi)存成本很低,只需要 2 個(gè) CPU 指令:PUSH 和 POP,push 將數(shù)據(jù)放到到??臻g完成分配,pop 則是釋放空間。
比如 C++ 經(jīng)典錯(cuò)誤,return 一個(gè) 函數(shù)內(nèi)部變量的指針
#include<iostream> int* one(){ int i = 10; return &i; } int main(){ std::cout << *one(); }
這段代碼在編譯的時(shí)候會(huì)如下警告:
one.cpp: 在函數(shù)‘int* one()’中:
one.cpp:4:6: 警告:返回了局部變量的‘i’的地址 [-Wreturn-local-addr]
int i = 10;
^
雖然程序的運(yùn)行結(jié)果大多數(shù)時(shí)候都和我們預(yù)期的一樣,但是這樣的代碼還是有風(fēng)險(xiǎn)的。
這樣的代碼在go里就完全沒(méi)有問(wèn)題了,因?yàn)間o的編譯器會(huì)根據(jù)變量的作用范圍確定變量是放在棧上和堆上。
內(nèi)存逃逸場(chǎng)景
go的編譯器提供了逃逸分析的工具,只需要在編譯的時(shí)候加上 -gcflags=-m
就可以看到逃逸分析的結(jié)果了
常見(jiàn)的有4種場(chǎng)景下會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存逃逸
return 局部變量的指針
package main func main() { } func One() *int { i := 10 return &i }
執(zhí)行 go build -gcflags=-m main.go
# command-line-arguments .\main.go:3:6: can inline main .\main.go:7:6: can inline One .\main.go:8:2: moved to heap: i
可以看到變量 i
已經(jīng)被分配到堆上了
interface{} 動(dòng)態(tài)類(lèi)型
當(dāng)函數(shù)傳遞的變量類(lèi)型是 interface{}
類(lèi)型的時(shí)候,因?yàn)榫幾g器無(wú)法推斷運(yùn)行時(shí)變量的實(shí)際類(lèi)型,所以也會(huì)發(fā)生逃逸
package main import "fmt" func main() { i := 10 fmt.Println(i) }
執(zhí)行 go build -gcflags=-m .\main.go
.\main.go:11:13: inlining call to fmt.Println .\main.go:11:13: i escapes to heap .\main.go:11:13: []interface {} literal does not escape <autogenerated>:1: .this does not escape <autogenerated>:1: .this does not escape
可看到,i
也被分配到棧上了
棧空間不足
因?yàn)闂5目臻g是有限的,所以在分配大塊內(nèi)存時(shí),會(huì)考慮??臻g內(nèi)否存下,如果??臻g存不下,會(huì)分配到堆上。
package main func main() { Make10() Make100() Make10000() MakeN(5) } func Make10() { arr10 := make([]int, 10) _ = arr10 } func Make100() { arr100 := make([]int, 100) _ = arr100 } func Make10000() { arr10000 := make([]int, 10000) _ = arr10000 } func MakeN(n int) { arrN := make([]int, n) _ = arrN }
執(zhí)行 go build -gcflags=-m main.go
# command-line-arguments .\main.go:10:6: can inline Make10 .\main.go:15:6: can inline Make100 .\main.go:20:6: can inline Make10000 .\main.go:25:6: can inline MakeN .\main.go:3:6: can inline main .\main.go:4:8: inlining call to Make10 .\main.go:5:9: inlining call to Make100 .\main.go:6:11: inlining call to Make10000 .\main.go:7:7: inlining call to MakeN .\main.go:4:8: make([]int, 10) does not escape .\main.go:5:9: make([]int, 100) does not escape .\main.go:6:11: make([]int, 10000) escapes to heap .\main.go:7:7: make([]int, n) escapes to heap .\main.go:11:15: make([]int, 10) does not escape .\main.go:16:16: make([]int, 100) does not escape .\main.go:21:18: make([]int, 10000) escapes to heap .\main.go:26:14: make([]int, n) escapes to heap
可以看到當(dāng)需要分配長(zhǎng)度為10,100的int類(lèi)型的slice時(shí),不需要逃逸到堆上,在棧上就可以,如果slice長(zhǎng)度達(dá)到1000時(shí),就需要分配到堆上了。
還有一種情況,當(dāng)在編譯期間長(zhǎng)度不確定時(shí),也需要分配到堆上。
閉包
package main func main() { One() } func One() func() { n := 10 return func() { n++ } }
在函數(shù)One
中return了一個(gè)匿名函數(shù),形成了一個(gè)閉包,看一下逃逸分析
# command-line-arguments .\main.go:3:6: can inline main .\main.go:9:9: can inline One.func1 .\main.go:8:2: moved to heap: n .\main.go:9:9: func literal escapes to heap
可以看到 變量 n
也分配到堆上了
還有一種情況,new
出來(lái)的變量不一定分配到堆上
package main func main() { i := new(int) _ = i }
像java C++等語(yǔ)言,new 出來(lái)的變量正常都會(huì)分配到堆上,但是在go里,new出來(lái)的變量不一定分配到堆上,至于分配到哪里,還是看編譯器的逃逸分析來(lái)確定
編譯一下看看 go build -gcflags=-m main.go
# command-line-arguments .\main.go:3:6: can inline main .\main.go:4:10: new(int) does not escape
可以看到 new出來(lái)的變量,并沒(méi)有逃逸,還是在棧上。
常見(jiàn)的內(nèi)存逃逸場(chǎng)景差不多就是這些了,再說(shuō)一下內(nèi)存逃逸帶來(lái)的影響吧
性能
那肯定就是性能問(wèn)題了,因?yàn)椴僮鳁?臻g比堆空間要快多了,而且使用堆空間還會(huì)有GC問(wèn)題,頻繁的創(chuàng)建和釋放堆空間,會(huì)增加GC的壓力
一個(gè)簡(jiǎn)單的例子測(cè)試一下,一般來(lái)說(shuō),函數(shù)返回結(jié)構(gòu)體的指針比直接返回結(jié)構(gòu)體性能要好
package main import "testing" type MyStruct struct { A int } func BenchmarkOne(b *testing.B) { for i := 0; i < b.N; i++ { One() } } //go:noinline func One() MyStruct { return MyStruct{ A: 10, } } func BenchmarkTwo(b *testing.B) { for i := 0; i < b.N; i++ { Two() } } //go:noinline func Two() *MyStruct { return &MyStruct{ A: 10, } }
注意 被調(diào)用的函數(shù)一定要加上 //go:noinline
來(lái)禁止編譯器內(nèi)聯(lián)優(yōu)化
然后執(zhí)行
go test -bench . -benchmem
goos: windows goarch: amd64 pkg: escape BenchmarkOne-6 951519297 1.26 ns/op 0 B/op 0 allocs/op BenchmarkTwo-6 74933496 15.4 ns/op 8 B/op 1 allocs/op PASS ok escape 2.698s
可以明顯看到 函數(shù) One
返回結(jié)構(gòu)體 比 函數(shù)Two
返回 結(jié)構(gòu)體指針 的性能更好,而且還不會(huì)有內(nèi)存分配,不會(huì)增加GC壓力
拋開(kāi)結(jié)構(gòu)體的大小談性能都是耍流氓,如果結(jié)構(gòu)體比較復(fù)雜了還是指針性能更高,還有一些場(chǎng)景必須使用指針,所以實(shí)際工作中還是要分場(chǎng)景合理使用
最后
常見(jiàn)的go 逃逸分析差不多就是這些了,雖然go會(huì)自動(dòng)管理內(nèi)存,減小了寫(xiě)代碼的負(fù)擔(dān),但是想要寫(xiě)出高效可靠的代碼還是有一些細(xì)節(jié)有注意的。
以上就是淺析Golang中的內(nèi)存逃逸的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Golang內(nèi)存逃逸的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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