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。
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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(jié)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。 棧空間會隨著一個函數(shù)的結(jié)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(guān)文章，列舉了一些導致逃逸情況，其實總結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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。
編寫過C語言程序的肯定知道通過malloc()方法動態(tài)申請內(nèi)存，其中內(nèi)存分配器使用的是glibc提供的ptmalloc2。 除了glibc，業(yè)界比較出名的內(nèi)存分配器有Google的tcmalloc和Facebook的jemalloc。二者在避免內(nèi)存碎片和性能上均比glic有比較大的優(yōu)勢，在多線程環(huán)境中效果更明顯。
Golang中也實現(xiàn)了內(nèi)存分配器，原理與tcmalloc類似，簡單的說就是維護一塊大的全局內(nèi)存，每個線程(Golang中為P)維護一塊小的私有內(nèi)存，私有內(nèi)存不足再從全局申請。另外，內(nèi)存分配與GC（垃圾回收）關(guān)系密切，所以了解GC前有必要了解內(nèi)存分配的原理。
為了方便自主管理內(nèi)存，做法便是先向系統(tǒng)申請一塊內(nèi)存，然后將內(nèi)存切割成小塊，通過一定的內(nèi)存分配算法管理內(nèi)存。 以64位系統(tǒng)為例，Golang程序啟動時會向系統(tǒng)申請的內(nèi)存如下圖所示：
預申請的內(nèi)存劃分為spans、bitmap、arena三部分。其中arena即為所謂的堆區(qū)，應用中需要的內(nèi)存從這里分配。其中spans和bitmap是為了管理arena區(qū)而存在的。
arena的大小為512G，為了方便管理把arena區(qū)域劃分成一個個的page，每個page為8KB,一共有512GB/8KB個頁；
spans區(qū)域存放span的指針，每個指針對應一個page，所以span區(qū)域的大小為(512GB/8KB)乘以指針大小8byte = 512M
bitmap區(qū)域大小也是通過arena計算出來，不過主要用于GC。
span是用于管理arena頁的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個span中包含1個或多個連續(xù)頁，為了滿足小對象分配，span中的一頁會劃分更小的粒度，而對于大對象比如超過頁大小，則通過多頁實現(xiàn)。
根據(jù)對象大小，劃分了一系列class，每個class都代表一個固定大小的對象，以及每個span的大小。如下表所示：
上表中每列含義如下：
class： class ID，每個span結(jié)構(gòu)中都有一個class ID, 表示該span可處理的對象類型
bytes/obj：該class代表對象的字節(jié)數(shù)
bytes/span：每個span占用堆的字節(jié)數(shù)，也即頁數(shù)乘以頁大小
objects: 每個span可分配的對象個數(shù)，也即（bytes/spans）/（bytes/obj）waste
bytes: 每個span產(chǎn)生的內(nèi)存碎片，也即（bytes/spans）%（bytes/obj）上表可見最大的對象是32K大小，超過32K大小的由特殊的class表示，該class ID為0，每個class只包含一個對象。
span是內(nèi)存管理的基本單位,每個span用于管理特定的class對象, 跟據(jù)對象大小，span將一個或多個頁拆分成多個塊進行管理。src/runtime/mheap.go:mspan定義了其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
以class 10為例，span和管理的內(nèi)存如下圖所示：
spanclass為10，參照class表可得出npages=1,nelems=56,elemsize為144。其中startAddr是在span初始化時就指定了某個頁的地址。allocBits指向一個位圖，每位代表一個塊是否被分配，本例中有兩個塊已經(jīng)被分配，其allocCount也為2。next和prev用于將多個span鏈接起來，這有利于管理多個span，接下來會進行說明。
有了管理內(nèi)存的基本單位span，還要有個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理span，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)叫mcentral，各線程需要內(nèi)存時從mcentral管理的span中申請內(nèi)存，為了避免多線程申請內(nèi)存時不斷的加鎖，Golang為每個線程分配了span的緩存，這個緩存即是cache。src/runtime/mcache.go:mcache定義了cache的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
alloc為mspan的指針數(shù)組，數(shù)組大小為class總數(shù)的2倍。數(shù)組中每個元素代表了一種class類型的span列表，每種class類型都有兩組span列表，第一組列表中所表示的對象中包含了指針，第二組列表中所表示的對象不含有指針，這么做是為了提高GC掃描性能，對于不包含指針的span列表，沒必要去掃描。根據(jù)對象是否包含指針，將對象分為noscan和scan兩類，其中noscan代表沒有指針，而scan則代表有指針，需要GC進行掃描。mcache和span的對應關(guān)系如下圖所示：
mchache在初始化時是沒有任何span的，在使用過程中會動態(tài)的從central中獲取并緩存下來，跟據(jù)使用情況，每種class的span個數(shù)也不相同。上圖所示，class 0的span數(shù)比class1的要多，說明本線程中分配的小對象要多一些。
cache作為線程的私有資源為單個線程服務，而central則是全局資源，為多個線程服務，當某個線程內(nèi)存不足時會向central申請，當某個線程釋放內(nèi)存時又會回收進central。src/runtime/mcentral.go:mcentral定義了central數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
lock: 線程間互斥鎖，防止多線程讀寫沖突
spanclass : 每個mcentral管理著一組有相同class的span列表
nonempty: 指還有內(nèi)存可用的span列表
empty: 指沒有內(nèi)存可用的span列表
nmalloc: 指累計分配的對象個數(shù)線程從central獲取span步驟如下：
將span歸還步驟如下：
從mcentral數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可見，每個mcentral對象只管理特定的class規(guī)格的span。事實上每種class都會對應一個mcentral,這個mcentral的集合存放于mheap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。src/runtime/mheap.go:mheap定義了heap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
lock： 互斥鎖
spans: 指向spans區(qū)域，用于映射span和page的關(guān)系
bitmap：bitmap的起始地址
arena_start: arena區(qū)域首地址
arena_used: 當前arena已使用區(qū)域的最大地址
central: 每種class對應的兩個mcentral
從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可見，mheap管理著全部的內(nèi)存，事實上Golang就是通過一個mheap類型的全局變量進行內(nèi)存管理的。mheap內(nèi)存管理示意圖如下：
系統(tǒng)預分配的內(nèi)存分為spans、bitmap、arean三個區(qū)域，通過mheap管理起來。接下來看內(nèi)存分配過程。
針對待分配對象的大小不同有不同的分配邏輯：
(0, 16B) 且不包含指針的對象： Tiny分配
(0, 16B) 包含指針的對象：正常分配
[16B, 32KB] : 正常分配
(32KB, -) : 大對象分配其中Tiny分配和大對象分配都屬于內(nèi)存管理的優(yōu)化范疇，這里暫時僅關(guān)注一般的分配方法。
以申請size為n的內(nèi)存為例，分配步驟如下：
Golang內(nèi)存分配是個相當復雜的過程，其中還摻雜了GC的處理，這里僅僅對其關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了說明，了解其原理而又不至于深陷實現(xiàn)細節(jié)。1、Golang程序啟動時申請一大塊內(nèi)存并劃分成spans、bitmap、arena區(qū)域
2、arena區(qū)域按頁劃分成一個個小塊。
3、span管理一個或多個頁。
4、mcentral管理多個span供線程申請使用
5、mcache作為線程私有資源，資源來源于mcentral。
一般來說當內(nèi)存空間span不足時，需要進行擴容。而在擴容前需要將當前沒有剩余空間的內(nèi)存塊相關(guān)狀態(tài)解除，以便后續(xù)的垃圾回收期能夠進行掃描和回收，接著在從中間部件(central)提取新的內(nèi)存塊放回數(shù)組中。
需要注意由于中間部件有scan和noscan兩種類型，則申請的內(nèi)存空間最終獲取的可能是其兩倍，并由heap堆進行統(tǒng)一管理。中間部件central是通過兩個鏈表來管理其分配的所有內(nèi)存塊：
1、empty代表“無法使用”狀態(tài)，沒有剩余的空間或被移交給緩存的內(nèi)存塊
2、noempty代表剩余的空間，并這些內(nèi)存塊能夠提供服務
由于golang垃圾回收器使用的累增計數(shù)器(heap.sweepgen)來表達代齡的：
從上面內(nèi)容可以看到每次進行清理操作時 該計數(shù)器 +2
再來看下mcentral的構(gòu)成
當通過mcentral進行空間span獲取時，第一步需要到noempty列表檢查剩余空間的內(nèi)存塊，這里面有一點需要說明主要是垃圾回收器的掃描過程和清理過程是同時進行的，那么為了獲取更多的可用空間，則會在將分配的內(nèi)存塊移交給cache部件前，先完成清理的操作。第二步當noempty沒有返回時，則需要檢查下empty列表(由于empty里的內(nèi)存塊有可能已被標記為垃圾，這樣可以直接清理，對應的空間則可直接使用了)。第三步若是noempty和empty都沒有申請到，這時需要堆進行申請內(nèi)存的
通過上面的源碼也可以看到中間部件central自身擴容操作與大對象內(nèi)存分配差不多類似。
在golang中將長度小于16bytes的對象稱為微小對象(tiny)，最常見的就是小字符串，一般會將這些微小對象組合起來，并用單塊內(nèi)存存儲，這樣能夠有效的減少內(nèi)存浪費。
當微小對象需要分配空間span，首先緩存部件會按指定的規(guī)格(tiny size class)取出一塊內(nèi)存，若容量不足，則重新提取一塊；前面也提到會將微小對象進行組合，而這些組合的微小對象是不能包含指針的，因為垃圾回收的原因，一般都是當前存儲單元里所有的微小對象都不可達時，才會將該塊內(nèi)存進行回收。
而當從緩沖部件cache中獲取空間span時， 是通過偏移位置(tinyoffset)先來判斷剩余空間是否滿足需求。若是可以的話則以此計算并返回內(nèi)存地址；若是空間不足，則提取新的內(nèi)存塊，直接返回起始地址便可； 最后在對比新舊兩塊內(nèi)存，空間大的那塊則會被保留。
GO語言的優(yōu)勢：可直接編譯成機器碼，不依賴其他庫，glibc的版本有一定要求，部署就是扔一個文件上去就完成了。靜態(tài)類型語言，但是有動態(tài)語言的感覺，靜態(tài)類型的語言就是可以在編譯的時候檢查出來隱藏的大多數(shù)問題，動態(tài)語言的感覺就是有很多的包可以使用，寫起來的效率很高。語言層面支持并發(fā)，這個就是Go最大的特色，天生的支持并發(fā)，我曾經(jīng)說過一句話，天生的基因和整容是有區(qū)別的，大家一樣美麗，但是你喜歡整容的還是天生基因的美麗呢？Go就是基因里面支持的并發(fā)，可以充分的利用多核，很容易的使用并發(fā)。內(nèi)置runtime，支持垃圾回收，這屬于動態(tài)語言的特性之一吧，雖然目前來說GC不算完美，但是足以應付我們所能遇到的大多數(shù)情況，特別是Go1.1之后的GC。簡單易學，Go語言的作者都有C的基因，那么Go自然而然就有了C的基因，那么Go關(guān)鍵字是25個，但是表達能力很強大，幾乎支持大多數(shù)你在其他語言見過的特性：繼承、重載、對象等。豐富的標準庫，Go目前已經(jīng)內(nèi)置了大量的庫，特別是網(wǎng)絡庫非常強大，我最愛的也是這部分。內(nèi)置強大的工具，Go語言里面內(nèi)置了很多工具鏈，最好的應該是gofmt工具，自動化格式化代碼，能夠讓團隊review變得如此的簡單，代碼格式一模一樣，想不一樣都很困難?？缙脚_編譯，如果你寫的Go代碼不包含cgo，那么就可以做到window系統(tǒng)編譯linux的應用，如何做到的呢？Go引用了plan9的代碼，這就是不依賴系統(tǒng)的信息。Go語言這么多的優(yōu)勢，你還不想學嗎？我記得當時我看的是黑馬程序員的視頻，我對他們視頻的印象就是通俗易懂，就是好！
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