Go 内存管理

Go这门语言抛弃了C/C++中的开发者管理内存的方式：主动申请与主动释放，增加了逃逸分析和GC，将开发者从内存管理中释放出来，让开发者有更多的精力去关注软件设计，而不是底层的内存问题。这是Go语言成为高生产力语言的原因之一引自【 Go内存分配那些事，就这么简单！】

堆内存的分配

先看下面这段代码，思考下 smallStruct 会被分配在堆上还是栈上:

package main

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

func main() {
   smallAllocation()
}

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

通过 annotation //go:noinline 禁用内联函数，不然这里不会产生堆内存的分配 【逃逸分析】

Inline 内联: 是在编译期间发生的，将函数调用调用处替换为被调用函数主体的一种编译器优化手段。

将文件保存为 main.go, 并执行 go tool compile "-m" main.go ,查看Go 堆内存的分配 【逃逸分析】的过程

如果不加 annotation //go:noinline 可以用
go build -gcflags '-m -l' main.go -l可以禁止内联函数，效果是一样的，下面是逃逸分析的结果：

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

再来看这段代码生成的汇编指令来详细的展示内存分配的过程, 执行下面

go tool compile -S  main.go 

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)

runtime.newobject 是 Go 内置的申请堆内存的函数，对于堆内存的分配，Go 中有两种策略: 大内存的分配和小内存的分配

小内存的分配

从 P 的 `mcache` 中分配

对于小于 32kb的小内存，Go 会尝试在 P 的本地缓存 mcache 中分配, mcache 保存的是各种大小的Span，并按Span class分类，小对象直接从mcache分配内存，它起到了缓存的作用，并且可以 无锁访问

每个 M 绑定一个 P 来运行一个goroutine, 在分配内存时，当前的 goroutine 在当前 P 的本地缓存 mcache 中查找对应的span，从 span list 中来查找第一个可用的空闲 span

span class 分为 8 bytes ~ 32k bytes 共 66 种类型（还有个大小为0的 size class0，并未用到，用于大对象的堆内存分配），分别对应不同的内存大小,mspan里保存对应大小的object，

1个 size class 对应2个 span class，2个 span class 的 span 大小相同，只是功能不同，1个用来存放包含指针的对象，一个用来存放不包含指针的对象，不包含指针对象的 Span 就无需 GC 扫描了。

前面的例子里，struct的大小为 (64bit/8)*4=8bit*4=32b 所以会在 span class 大小为 32bytes 的 mspan 里分配

从全局的缓存 `mcentral` 中分配

当 mcache中没有空闲的 span 时怎么办呢，Go 还维护了一个全局的缓存 mcentral,

mcentral 和 mcache 一样，都134个 span class 级别(67个 size class )，但每个级别都保存了2个span list，即2个span链表：

nonempty：这个链表里的span，所有span都至少有1个空闲的对象空间。这些span是mcache释放span时加入到该链表的。
empty：这个链表里的span，所有的span都不确定里面是否有空闲的对象空间。当一个span交给mcache的时候，就会加入到empty链表。

mcache从mcentral获取和归还mspan的流程：引自【图解Go语言内存分配|码农桃花源】

获取：加锁；从 nonempty 链表找到一个可用的 mspan ；并将其从 nonempty 链表删除；将取出的 mspan 加入到 empty 链表；将 mspan 返回给工作线程；解锁。
归还：加锁；将 mspan 从 empty 链表删除；将 mspan 加入到 nonempty 链表；解锁。
另外，GC 扫描的时候会把部分 mspan 标记为未使用，并将对应的 mspan 加入到 nonempty list 中