前言

上一篇，我介绍了一下Go的垃圾回收原理，补一下对象的内存是如何分配的。一个对象是 内存分配->使用->垃圾回收 完成一个流程。

堆栈 & 逃逸分析

Go语言中有两个地方可以进行分配内存，分别是堆和栈。
堆：一个全局的堆空间，堆区的内存一般由编译器和工程师自己共同进行管理分配，由Runtime Gc来释放。
栈：每个goroutine自身的栈空间，栈一本都由编译器自动进行分配和释放，一般会随着入栈和出栈进行销毁。
区别是：栈分配廉价，而堆分配昂贵。

一个简单的问题。

普通的变量是在堆还是栈上？
这里就引出的另外一个问题：逃逸分析。
逃逸：一句话就是变量的作用域超出来所在的栈区，就是逃逸。
在编译期由静态代码分析来决定一个值是否能被分配在栈帧上，还是需要“逃逸”到堆上。

逃逸分析的好处

• 减少GC的压力，栈上的变量会随着出栈而将内存回收，减少堆内存的GC
• 减少内存碎片的压力
• 减轻堆内存的分配压力

func main() {number := getNumber()fmt.Println(number)
}func getNumber() *int {num := rand.Intn(100)return &num
}

从图中可以看出，当main函数想要调用getNumber()函数的时候，必定会从main栈帧到getNumber()栈帧，而如果想通过调用传递参数，比如通过堆空间地址的引用。所以需要将num变量所分配的地址指向堆内存空间中。这就是逃逸分析技术。
也就是：Go 查找所有变量超过当前函数栈侦的，把它们分配到堆上，避免 outlive 变量

逃逸分析案例

• 一个值被分享到函数范围外
• for循环外声明，循环内分配 等等

连续栈

分段栈：Go应用程序运行时，每个goroutine都维护着一个自己的栈区，别的goroutine不能使用，初始大小为2KB，运行期间可以动态的增长和收缩。
hot split问题：但是分段栈存在hot split问题，如果一个栈空间满了，会出发扩容，函数返回时会自动销毁，但是如果这个函数在一个循环中，会频繁的分配/销毁，性能会下降。

连续栈：为了解决以上问题，采用连续栈，其实有点像java中的ArrayList扩容机制，默认分配2KB，如果不够的话，那么会创建一个新的空间*2，将数据直接迁移过去，引用地址也进行修改。而且支持动态的缩容。具体的扩容和缩容算法这里不具体细说，感兴趣的可以google。

• runtime.newstack 分配更大的栈内存空间
• runtime.copystack 将旧栈中的内容复制到新栈中
• 将指向旧栈对应变量的指针重新指向新栈
• runtime.stackfree 销毁并回收旧栈的内存空间
  

内存结构

内存布局

• page：内存页，一个8K大小的内存空间，Go与操作系统进行内存申请和释放，都是按照page为单位的。
• span：内存块，由一个或者多个page内存页进行组成。
• size class: 空间规格，一个span由一个size class，标记当前span内存的使用情况，如何使用等。
• object : 对象，用来存储一个变量的内存空间，span 初始化的时候，被切割成等大的object。

总结：span = 一个空间规则描述信息（size class） + 至少一个page内存页= 多个object对象

内存布局

一般小对象通过 mspan 分配内存；大对象则直接由 mheap 分配内存。

• Go 在程序启动时，会向操作系统申请一大块内存，由 mheap 结构全局管理(现在 Go 版本不需要连续地址了，所以不会申请一大堆地址)
• Go 内存管理的基本单元是 mspan，每种 mspan 可以分配特定大小的 object
• mcache, mcentral, mheap 是 Go 内存管理的三大组件，mcache 管理线程在本地缓存的 mspan；mcentral 管理全局的 mspan 供所有线程

分配规则

三种级别进行分配。

• 小于 32kb 内存分配
• 小于 16b 内存分配
• 大于 32kb 内存分配

小结

本文从Go内存结构，堆栈两个出发，然后引出逃逸分析，以及其特点。接着分析了分段栈的缺点，引入了连续栈。最后是内存的布局，以及分配原则，主要围绕mcache、mcentral、mheapGo内存管理的三大组件。

资料：Go训练营。