Go map發(fā)生內(nèi)存泄漏解決方法
正文
Go 程序運行時,有些場景下會導致進程進入某個“高點”,然后就再也下不來了。
比如,多年前曹大寫過的一篇文章講過,在做活動時線上涌入的大流量把 goroutine 數(shù)抬升了不少,流量恢復之后 goroutine 數(shù)也沒降下來,導致 GC 的壓力升高,總體的 CPU 消耗也較平時上升了 2 個點左右。
有一個 issue 討論為什么 allgs(runtime 中存儲所有 goroutine 的一個全局 slice) 不收縮,一個好處是:goroutine 復用,讓 goroutine 的創(chuàng)建更加得便利,而這也正是 Go 語言的一大優(yōu)勢。
最近在看《100 mistakes》,書里專門有一節(jié)講 map 的內(nèi)存泄漏。其實這也是另一個在經(jīng)歷大流量后,無法“恢復”的例子:map 占用的內(nèi)存“只增不減”。
之前寫過的一篇《深度解密 Go 語言之 map》里講到過 map 的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并且分析過創(chuàng)建、遍歷、刪除的過程。
在 Go runtime 層,map 是一個指向 hmap 結(jié)構(gòu)體的指針,hmap 里有一個字段 B,它決定了 map 能存放的元素個數(shù)。
hamp 結(jié)構(gòu)體代碼
type hmap struct { count int flags uint8 B uint8 // ... }
若我們想初始化一個長度為 100w 元素的 map,B 是多少呢?
用 B 可以計算 map 的元素個數(shù):loadfactor * 2^B,loadfactor 目前是 6.5,當 B=17 時,可放 851,968 個元素;當 B=18,可放 1,703,936 個元素。因此當我們將 map 的長度初始化為 100w 時,B 的值應是 18。
loadfactor 是裝載因子,用來衡量平均一個 bucket 里有多少個 key。
查看占用的內(nèi)存數(shù)量
如何查看占用的內(nèi)存數(shù)量呢?用 runtime.MemStats:
package main import ( "fmt" "runtime" ) const N = 128 func randBytes() [N]byte { return [N]byte{} } func printAlloc() { var m runtime.MemStats runtime.ReadMemStats(&m) fmt.Printf("%d MB\n", m.Alloc/1024/1024) } func main() { n := 1_000_000 m := make(map[int][N]byte, 0) printAlloc() for i := 0; i < n; i++ { m[i] = randBytes() } printAlloc() for i := 0; i < n; i++ { delete(m, i) } runtime.GC() printAlloc() runtime.KeepAlive(m) }
如果不加最后的 KeepAlive,m 會被回收掉。
當 N = 128 時,運行程序:
$ go run main2.go 0 MB 461 MB 293 MB
可以看到,當刪除了所有 kv 后,內(nèi)存占用依然有 293 MB,這實際上是創(chuàng)建長度為 100w 的 map 所消耗的內(nèi)存大小。當我們創(chuàng)建一個初始長度為 100w 的 map:
package main import ( "fmt" "runtime" ) const N = 128 func printAlloc() { var m runtime.MemStats runtime.ReadMemStats(&m) fmt.Printf("%d MB\n", m.Alloc/1024/1024) } func main() { n := 1_000_000 m := make(map[int][N]byte, n) printAlloc() runtime.KeepAlive(m) }
運行程序,得到 100w 長度的 map 的消耗的內(nèi)存為:
$ go run main3.go 293 MB
這時有一個疑惑,為什么在向 map 寫入了 100w 個 kv 之后,占用內(nèi)存變成了 461MB?
我們知道,當 val 大小 <= 128B 時,val 其實是直接放在 bucket 里的,按理說,寫入 kv 與否,這些 bucket 占用的內(nèi)存都在那里。換句話說,寫入 kv 之后,占用的內(nèi)存應該還是 293MB,實際上卻是 461MB。
這里的原因其實是在寫入 100w kv 期間 map 發(fā)生了擴容,buckets 進行了搬遷。我們可以用 hack 的方式打印出 B 值:
func main() { //... var B uint8 for i := 0; i < n; i++ { curB := *(*uint8)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(*(**int)(unsafe.Pointer(&m)))) + 9)) if B != curB { fmt.Println(curB) B = curB } m[i] = randBytes() } //... runtime.KeepAlive(m) }
運行程序,B 值從 1 一直變到 18。搬遷的過程可以參考前面提到的那篇 map 文章,這里不再贅述。
而如果我們初始化的時候直接將 map 的長度指定為 100w,那內(nèi)存變化情況為:
293 MB 293 MB 293 MB
當 val 小于 128B 時,初始化 map 后內(nèi)存占用量一直不變。原因是 put 操作只是在 bucket 里原地寫入 val,而 delete 操作則是將 val 清零,bucket 本身還在。因此,內(nèi)存占用大小不變。
而當 val 大小超過 128B 后,bucket 不會直接放 val,轉(zhuǎn)而變成一個指針。我們將 N 設(shè)為 129,運行程序:
0 MB 197 MB 38 MB
雖然 map 的 bucket 占用內(nèi)存量依然存在,但 val 改成指針存儲后內(nèi)存占用量大大降低。且 val 被刪掉后,內(nèi)存占用量確實降低了。
總之,map 的 buckets 數(shù)只會增,不會降。所以在流量沖擊后,map 的 buckets 數(shù)增長到一定值,之后即使把元素都刪了也無濟于事。內(nèi)存占用還是在,因為 buckets 占用的內(nèi)存不會少。
對于 map 內(nèi)存泄漏的解法
- 重啟;
- 將 val 類型改成指針;
- 定期地將 map 里的元素全量拷貝到另一個 map 里。
好在一般有大流量沖擊的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)大都是 toC 場景,上線頻率非常高。有的公司能一天上線好幾次,在問題暴露之前就已經(jīng)重啟恢復了,問題不大。
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