简单聊聊内存逃逸 ｜ 剑指 offer - golang

问题

简单讲讲golang的内存逃逸吗？

解析

什么是内存逃逸

在程序中，每个函数块都会有自己的内存区域用来存自己的局部变量（内存占用少）、返回地址、返回值之类的数据，这一块内存区域有特定的结构和寻址方式，寻址起来十分迅速，开销很少。这一块内存地址称为栈。栈是线程级别的，大小在创建的时候已经确定，当变量太大的时候，会"逃逸"到堆上，这种现象称为内存逃逸。简单来说，局部变量通过堆分配和回收，就叫内存逃逸。

内存逃逸的危害

堆是一块没有特定结构，也没有固定大小的内存区域，可以根据需要进行调整。全局变量，内存占用较大的局部变量，函数调用结束后不能立刻回收的局部变量都会存在堆里面。变量在堆上的分配和回收都比在栈上开销大的多。对于 go 这种带 GC 的语言来说，会增加 gc 压力，同时也容易造成内存碎片。

如何分析程序是否发生内存逃逸

build时添加-gcflags=-m 选项可分析内存逃逸情况,比如输出./main.go:3:6: moved to heap: x 表示局部变量x逃逸到了堆上。

内存逃逸发生时机

• 向 channel 发送指针数据。因为在编译时，不知道channel中的数据会被哪个 goroutine 接收，因此编译器没法知道变量什么时候才会被释放，因此只能放入堆中。

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 1)
    x := 5
    ch <- x  // x不发生逃逸，因为只是复制的值
    ch1 := make(chan *int, 1)
    y := 5
    py := &y
    ch1 <- py  // y逃逸，因为y地址传入了chan中，编译时无法确定什么时候会被接收，所以也无法在函数返回后回收y
}

• 局部变量在函数调用结束后还被其他地方使用，比如函数返回局部变量指针或闭包中引用包外的值。因为变量的生命周期可能会超过函数周期，因此只能放入堆中。

package main

func Foo () func (){
    x := 5            // x发生逃逸，因为在Foo调用完成后，被闭包函数用到，还不能回收，只能放到堆上存放
    return func () {
        x += 1
    }
}
func main() {
    inner := Foo()
    inner()
}

• 在 slice 或 map 中存储指针。比如 []*string，其后面的数组可能是在栈上分配的，但其引用的值还是在堆上。

package main
func main() {
    var x int
    x = 10
    var ls []*int
    ls = append(ls, &x)        // x发生逃逸，ls存储的是指针，所以ls底层的数组虽然在栈存储，但x本身却是逃逸到堆上
}

• 切片扩容后长度太大，导致栈空间不足，逃逸到堆上。

package main

func main() {
    s := make([]int, 10000, 10000)
    for index, _ := range s {
        s[index] = index
    }
}

• 在 interface 类型上调用方法。 在 interface 类型上调用方法时会把interface变量使用堆分配， 因为方法的真正实现只能在运行时知道。

package main
type foo interface {
    fooFunc()
}
type foo1 struct{}
func (f1 foo1) fooFunc() {}
func main() {
    var f foo
    f = foo1{}
    f.fooFunc()   // 调用方法时，f发生逃逸，因为方法是动态分配的
}

避免内存逃逸的办法

• 对于小型的数据，使用传值而不是传指针，避免内存逃逸。
• 避免使用长度不固定的slice切片，在编译期无法确定切片长度，只能将切片使用堆分配。
• interface调用方法会发生内存逃逸，在热点代码片段，谨慎使用。

写在最后

喜欢本文的朋友，欢迎关注公众号「会玩 code」，专注大白话分享实用技术。