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「Golang 系列」 Golang 内存管理和回收

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当不再使用内存时，标准库会自动执行Go内存管理，即从内存分配到其集合。尽管开发人员不必处理它，但是Go进行的基础管理已得到了很好的优化，并且充满了有趣的概念。

堆上的分配

内存管理旨在在并发环境中快速运行，并与垃圾回收器集成在一起。让我们从一个简单的例子开始： 

package main

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

func main() {
 smallAllocation()
}

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

注释//go:noinline将禁用通过删除函数来优化代码的内联，因此最终没有分配。

运行带有Escape Analysis命令go tool compile “-m” main.go将确认Go所做的分配： 

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

借助，转储该程序的汇编代码go tool compile -S main.go，也将向我们明确显示分配： 

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)

该函数newobject是新分配和代理的内置mallocgc函数，它是在堆上管理它们的函数。Go中有两种策略，一种用于较小的分配，一种用于较大的分配。

小分配

对于32kb以下的小分配，Go会尝试从名为的本地缓存中获取内存mcache。此缓存处理一个跨度列表（32kb的内存块），称为mspan，其中包含可用于分配的内存：

每个线程M都分配给一个处理器P，一次最多处理一个goroutine。在分配内存时，当前的goroutine将使用其当前的本地缓存P来查找范围列表中可用的第一个空闲对象。使用此本地缓存不需要锁定，并使分配效率更高。

范围列表分为8个字节到32k字节的70个大小类别，可以存储不同的对象大小：

每个跨度存在两次：一个不包含指针的对象的列表，另一个包含指针的对象的列表。这种区别将使垃圾收集器的寿命更加轻松，因为它不必扫描不包含任何指针的范围。

在我们之前的示例中，结构的大小为32个字节，将适合32个字节的跨度：

现在，我们可能想知道如果跨度在分配期间没有空闲时隙，将会发生什么情况。Go维护每个大小类的跨度的中央列表，称为mcentral，其中跨度包含可用对象，而跨度包含自由对象：

mcentral维护跨度的双链表；它们每个都有对上一个跨度和下一个跨度的引用。非空列表中的跨度（“非空”表示列表中至少有一个空闲插槽可供分配）可能已经包含一些正在使用的内存。确实，当垃圾收集器扫描内存时，它可以清除跨度的一部分（标记为不再使用的那一部分），并将其放回非空列表中。

现在，我们的程序可以在没有插槽的情况下从中央列表中请求跨度：

如果空列表中没有新的跨度，Go需要一种方法来将新的跨度移到中心列表。现在将从堆中分配新的范围，并将其链接到中央列表：

堆在需要时从OS中提取内存。如果需要更多的内存，堆将为arena64位体系结构分配一个称为64Mb的大块内存，对于其他大多数体系结构则分配为4Mb。舞台还使用跨度映射内存页面：

大分配

Go不会使用本地缓存来管理大量分配。这些大于32kb的分配将四舍五入为页面大小，并将页面直接分配给堆。

一图胜千言

现在，我们可以很好地了解内存分配过程中正在发生的事情。让我们将所有组件放在一起以获得全貌：

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