图解 Go 语言的内存管理机制

EwdAger

2021 年 08 月 05 日

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Golang 学习笔记

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本文基于 **Go 1.14.12** 注意信息时效，特别是与 **Go 1.11 版本** 之前会有很大的区别
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因为内存管理比较抽象，网络上各种大佬的文章又有点过于深奥，没看懂整个内存管理的过程去做源码分析相当困难，这里仅抛砖引玉，画几张图简单介绍一下内存管理机制，真正的细节还得看文后各位大佬们的文章啊~

![申请内存](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2493845252.png)

# 栈分配

分配内存前首先就是要确定是在栈上分配还是堆上分配，一般来说函数上的内存都是在栈上分配。

![判断堆分配、栈分配](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2415532069.png)

但是 Go 语言有特殊情况，在编译阶段会对函数进行逃逸分析，逃逸的对象会在堆上分配内存。

![逃逸分析](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/3411760744.png)

检测没有逃逸后，分配一个栈帧供调用方使用

![分配栈帧](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/3224341182.png)

当函数返回后，即刻销毁

![销毁栈帧内存](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2514500908.png)

# 堆分配

一般我们说的内存管理都是指的 **堆上内存** 管理，因为从堆上分配内存的成本很高，且要进行垃圾回收等操作。Go 语言中，将堆内存分配按大小分为了 `tiny`、`small` 和 `large` 三级。

> - Tiny : size < 16 bytes && has no pointer(noscan)
> - Small ：has pointer(scan) || (size >= 16 bytes && size <= 32 KB)
> - Large : size > 32 KB

## tiny

为了减少分配对象锁竞争，每个 P 上都有一个`线程缓存 mcache`，其中包含`alloc`、`tiny`和`tiny offset`，其中`tiny`为含有总大小`64byte`的可分配内存 `tiny elem` 的微分配器，如果`tiny elem`还有富余，就会直接从`tiny elem`中分配内存，并移动其维护的 offset。

![tiny elem 上分配](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/3588221428.png)

如果 `tiny elem` 中的内存不够分配了，则 P 会用 `alloc`结构中找一个`64bytes`的空间作为新的 `tiny elem`。然后再在新的 `tiny elem` 中划分内存。

![申请新的 tiny elem](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/1533634253.png)

![申请新的 tiny elem](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/3116684098.png)

还有一种情况，就是 `mcache` 内的对应内存大小的槽空间也满了，这时候只能像更上层 `mheap` 去申请新的槽位了。`mheap` 会先检查自己的 `arenes` 中有没有剩余，如果没有就向操作系统申请。

![申请新的槽位](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2199491319.png)

![申请新的槽位](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2102432632.png)

## small

`small`对象分配比 `tiny` 更简单，因为只需要去 `alloc` 上分配一个向上取整的内存块。

![alloc分配](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/205921124.png)

## large

分配 `large` 对象的过程更为简单，直接向 `mheap` 申请对应大小的内存即可

![mheap](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/496687512.png)

# Reference

[Go runtime剖析系列（一）：内存管理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/323915446)

[Go1.16 新特性：详解内存管理机制的变更，你需要了解](https://eddycjy.com/posts/go/go1.16-3/)

[Go 语言设计与实现 - 7.1 内存分配器](https://draveness.me/golang/docs/part3-runtime/ch07-memory/golang-memory-allocator/)

最后修改：2021 年 08 月 06 日 12 : 35 PM

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图解 Go 语言的内存管理机制

EwdAger • 2021 年 08 月 05 日

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