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go語言變量是生命周期 go語言使用趨勢

【golang】內(nèi)存逃逸常見情況和避免方式

因為如果變量的內(nèi)存發(fā)生逃逸,它的生命周期就是不可知的,其會被分配到堆上,而堆上分配內(nèi)存不能像棧一樣會自動釋放,為了解放程序員雙手,專注于業(yè)務的實現(xiàn),go實現(xiàn)了gc垃圾回收機制,但gc會影響程序運行性能,所以要盡量減少程序的gc操作。

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1、在方法內(nèi)把局部變量指針返回,被外部引用,其生命周期大于棧,則溢出。

2、發(fā)送指針或帶有指針的值到channel,因為編譯時候無法知道那個goroutine會在channel接受數(shù)據(jù),編譯器無法知道什么時候釋放。

3、在一個切片上存儲指針或帶指針的值。比如[]*string,導致切片內(nèi)容逃逸,其引用值一直在堆上。

4、因為切片的append導致超出容量,切片重新分配地址,切片背后的存儲基于運行時的數(shù)據(jù)進行擴充,就會在堆上分配。

5、在interface類型上調(diào)用方法,在Interface調(diào)用方法是動態(tài)調(diào)度的,只有在運行時才知道。

1、go語言的接口類型方法調(diào)用是動態(tài),因此不能在編譯階段確定,所有類型結構轉換成接口的過程會涉及到內(nèi)存逃逸發(fā)生,在頻次訪問較高的函數(shù)盡量調(diào)用接口。

2、不要盲目使用變量指針作為參數(shù),雖然減少了復制,但變量逃逸的開銷更大。

3、預先設定好slice長度,避免頻繁超出容量,重新分配。

什么是變量的生命周期

就是一個變量在程序執(zhí)行過程中的“有效期”,比如說全局變量,那它在整個程序執(zhí)行過程中都有效,及它的生命周期是整個程序執(zhí)行過程,而對于一些在函數(shù)里定義的局部變量,它只是在調(diào)用函數(shù)是有效,函數(shù)調(diào)用結束,它的生命周期也完了。

Go 語言內(nèi)存管理(三):逃逸分析

Go 語言較之 C 語言一個很大的優(yōu)勢就是自帶 GC 功能,可 GC 并不是沒有代價的。寫 C 語言的時候,在一個函數(shù)內(nèi)聲明的變量,在函數(shù)退出后會自動釋放掉,因為這些變量分配在棧上。如果你期望變量的數(shù)據(jù)可以在函數(shù)退出后仍然能被訪問,就需要調(diào)用 malloc 方法在堆上申請內(nèi)存,如果程序不再需要這塊內(nèi)存了,再調(diào)用 free 方法釋放掉。Go 語言不需要你主動調(diào)用 malloc 來分配堆空間,編譯器會自動分析,找出需要 malloc 的變量,使用堆內(nèi)存。編譯器的這個分析過程就叫做逃逸分析。

所以你在一個函數(shù)中通過 dict := make(map[string]int) 創(chuàng)建一個 map 變量,其背后的數(shù)據(jù)是放在??臻g上還是堆空間上,是不一定的。這要看編譯器分析的結果。

可逃逸分析并不是百分百準確的,它有缺陷。有的時候你會發(fā)現(xiàn)有些變量其實在棧空間上分配完全沒問題的,但編譯后程序還是把這些數(shù)據(jù)放在了堆上。如果你了解 Go 語言編譯器逃逸分析的機制,在寫代碼的時候就可以有意識地繞開這些缺陷,使你的程序更高效。

Go 語言雖然在內(nèi)存管理方面降低了編程門檻,即使你不了解堆棧也能正常開發(fā),但如果你要在性能上較真的話,還是要掌握這些基礎知識。

這里不對堆內(nèi)存和棧內(nèi)存的區(qū)別做太多闡述。簡單來說就是, 棧分配廉價,堆分配昂貴。 ??臻g會隨著一個函數(shù)的結束自動釋放,堆空間需要時間 GC 模塊不斷地跟蹤掃描回收。如果對這兩個概念有些迷糊,建議閱讀下面 2 個文章:

這里舉一個小例子,來對比下堆棧的差別:

stack 函數(shù)中的變量 i 在函數(shù)退出會自動釋放;而 heap 函數(shù)返回的是對變量 i 的引用,也就是說 heap() 退出后,表示變量 i 還要能被訪問,它會自動被分配到堆空間上。

他們編譯出來的代碼如下:

邏輯的復雜度不言而喻,從上面的匯編中可看到, heap() 函數(shù)調(diào)用了 runtime.newobject() 方法,它會調(diào)用 mallocgc 方法從 mcache 上申請內(nèi)存,申請的內(nèi)部邏輯前面文章已經(jīng)講述過。堆內(nèi)存分配不僅分配上邏輯比??臻g分配復雜,它最致命的是會帶來很大的管理成本,Go 語言要消耗很多的計算資源對其進行標記回收(也就是 GC 成本)。

Go 編輯器會自動幫我們找出需要進行動態(tài)分配的變量,它是在編譯時追蹤一個變量的生命周期,如果能確認一個數(shù)據(jù)只在函數(shù)空間內(nèi)訪問,不會被外部使用,則使用??臻g,否則就要使用堆空間。

我們在 go build 編譯代碼時,可使用 -gcflags '-m' 參數(shù)來查看逃逸分析日志。

以上面的兩個函數(shù)為例,編譯的日志輸出是:

日志中的 i escapes to heap 表示該變量數(shù)據(jù)逃逸到了堆上。

需要使用堆空間,所以逃逸,這沒什么可爭議的。但編譯器有時會將 不需要 使用堆空間的變量,也逃逸掉。這里是容易出現(xiàn)性能問題的大坑。網(wǎng)上有很多相關文章,列舉了一些導致逃逸情況,其實總結起來就一句話:

多級間接賦值容易導致逃逸 。

這里的多級間接指的是,對某個引用類對象中的引用類成員進行賦值。Go 語言中的引用類數(shù)據(jù)類型有 func , interface , slice , map , chan , *Type(指針) 。

記住公式 Data.Field = Value ,如果 Data , Field 都是引用類的數(shù)據(jù)類型,則會導致 Value 逃逸。這里的等號 = 不單單只賦值,也表示參數(shù)傳遞。

根據(jù)公式,我們假設一個變量 data 是以下幾種類型,相應的可以得出結論:

下面給出一些實際的例子:

如果變量值是一個函數(shù),函數(shù)的參數(shù)又是引用類型,則傳遞給它的參數(shù)都會逃逸。

上例中 te 的類型是 func(*int) ,屬于引用類型,參數(shù) *int 也是引用類型,則調(diào)用 te(j) 形成了為 te 的參數(shù)(成員) *int 賦值的現(xiàn)象,即 te.i = j 會導致逃逸。代碼中其他幾種調(diào)用都沒有形成 多級間接賦值 情況。

同理,如果函數(shù)的參數(shù)類型是 slice , map 或 interface{} 都會導致參數(shù)逃逸。

匿名函數(shù)的調(diào)用也是一樣的,它本質(zhì)上也是一個函數(shù)變量。有興趣的可以自己測試一下。

只要使用了 Interface 類型(不是 interafce{} ),那么賦值給它的變量一定會逃逸。因為 interfaceVariable.Method() 先是間接的定位到它的實際值,再調(diào)用實際值的同名方法,執(zhí)行時實際值作為參數(shù)傳遞給方法。相當于 interfaceVariable.Method.this = realValue

向 channel 中發(fā)送數(shù)據(jù),本質(zhì)上就是為 channel 內(nèi)部的成員賦值,就像給一個 slice 中的某一項賦值一樣。所以 chan *Type , chan map[Type]Type , chan []Type , chan interface{} 類型都會導致發(fā)送到 channel 中的數(shù)據(jù)逃逸。

這本來也是情理之中的,發(fā)送給 channel 的數(shù)據(jù)是要與其他函數(shù)分享的,為了保證發(fā)送過去的指針依然可用,只能使用堆分配。

可變參數(shù)如 func(arg ...string) 實際與 func(arg []string) 是一樣的,會增加一層訪問路徑。這也是 fmt.Sprintf 總是會使參數(shù)逃逸的原因。

例子非常多,這里不能一一列舉,我們只需要記住分析方法就好,即,2 級或更多級的訪問賦值會 容易 導致數(shù)據(jù)逃逸。這里加上 容易 二字是因為隨著語言的發(fā)展,相信這些問題會被慢慢解決,但現(xiàn)階段,這個可以作為我們分析逃逸現(xiàn)象的依據(jù)。

下面代碼中包含 2 種很常規(guī)的寫法,但他們卻有著很大的性能差距,建議自己想下為什么。

Benchmark 和 pprof 給出的結果:

熟悉堆棧概念可以讓我們更容易看透 Go 程序的性能問題,并進行優(yōu)化。

多級間接賦值會導致 Go 編譯器出現(xiàn)不必要的逃逸,在一些情況下可能我們只需要修改一下數(shù)據(jù)結構就會使性能有大幅提升。這也是很多人不推薦在 Go 中使用指針的原因,因為它會增加一級訪問路徑,而 map , slice , interface{} 等類型是不可避免要用到的,為了減少不必要的逃逸,只能拿指針開刀了。

大多數(shù)情況下,性能優(yōu)化都會為程序帶來一定的復雜度。建議實際項目中還是怎么方便怎么寫,功能完成后通過性能分析找到瓶頸所在,再對局部進行優(yōu)化。


本文標題:go語言變量是生命周期 go語言使用趨勢
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