go內(nèi)存是怎么分配的

內(nèi)存分配器

程序中的數(shù)據(jù)和變量會被分配到程序的虛擬內(nèi)存中，內(nèi)存空間包含兩個重要的區(qū)域：堆(Heap)和棧(Stack)。函數(shù)調(diào)用的參數(shù)、返回值以及局部變量大都會被分配到棧上，這部分內(nèi)存會由編譯器進(jìn)行管理。不同的語言使用不同的方法管理堆區(qū)內(nèi)存，c語言中，需要主動申請和釋放內(nèi)存，在java中和go中基本上都交由編譯器管理，堆中的對象由內(nèi)存分配器分配以及垃圾回收器

原理

內(nèi)存管理一般包含三個不同的組件，分別是Mutator（用戶程序）、Allocator（分配器）、Collector（收集器）。當(dāng)用戶程序申請內(nèi)存時，會通過內(nèi)存分配器申請新內(nèi)存，而分配器會負(fù)責(zé)從堆中初始化相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域。

分配分發(fā)

內(nèi)存分配器一般包含兩種分配方法

• Sequential Allocator，Bump Allocato （線性分配器）
• Free-List Allocator (空閑鏈表分配器)

線性分配器

這是一種高效的內(nèi)存分配方法，但是局限性比較大。只需要在內(nèi)存中維護(hù)一個指向內(nèi)存特定位置的指針，如果申請內(nèi)存，分配器只需要檢查剩余的空閑內(nèi)存、返回分配的內(nèi)存區(qū)域并修改指針在內(nèi)存中的位置。

雖然這種方式擁有較快的執(zhí)行速度以及角度的實現(xiàn)復(fù)雜度，但是無法在內(nèi)存被釋放時重用內(nèi)存。

通常情況下需要與合適的垃圾回收算法配合使用，例如 標(biāo)記壓縮（Mark-Compact）、復(fù)制回收（Copying GC）和分代回收（Generational GC）等算法。它們可以通過拷貝的方式整理存活對象的碎片，定期合并空閑內(nèi)存，提升分配器的性能

空閑鏈表分配器

這種方法可以重用已經(jīng)被釋放的內(nèi)存，它在內(nèi)部維護(hù)一個類似鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)申請內(nèi)存時，空閑鏈表會一次遍歷空閑的內(nèi)存塊，找到足夠大的內(nèi)存，然后申請新的資源并且修改鏈表

常見的空閑鏈表分配器的策略有

• 首次適應(yīng)  從表頭開始遍歷，選擇第一個大小大于申請內(nèi)存的內(nèi)存塊
• 循環(huán)首次適應(yīng) 從上次遍歷的技術(shù)位置開始遍歷，選擇第一個大小大于申請內(nèi)存的內(nèi)存塊
• 最優(yōu)適應(yīng)  從表頭開始遍歷，選擇最合適的內(nèi)存塊
• 隔離適應(yīng) 將內(nèi)存分隔成多個鏈表，每個鏈表中的內(nèi)存塊大小相同，申請內(nèi)存時先找到滿足調(diào)價你的鏈表，再從鏈表中選擇合適的內(nèi)存塊

對象大小

在go語言中的內(nèi)存分配器會基于分配的內(nèi)存大小選擇不同的處理邏輯，運行時根據(jù)對象的大下將對象分成微對象、小對象和大對象三種

因為大多數(shù)情況下對象的大小都在32KB以下，而申請的內(nèi)存大小影響Go語言運行時分配內(nèi)存的過程和開銷，所以分別處理大對象和小對象有利于提高內(nèi)存分配器的性能。

多級緩存

內(nèi)存分配器不僅會區(qū)別對待大小不同的對象，還會將內(nèi)存分成不同的級別分別管理，TCMalloc和Go運行時分配器都會引入Thread Cache（線程緩存）、Central Cache（中心緩存）和Page Heap（頁堆）三個組件分級管理內(nèi)存

線程緩存屬于每一個的獨立的線程，它能夠滿足線程上絕大多數(shù)的內(nèi)存分配需求，因為不涉及多線程，所以也不需要使用互斥鎖來保護(hù)內(nèi)存，能夠減少鎖競爭帶來的性能損耗。當(dāng)線程緩存不能滿足需求時，運行時會使用中心緩存作為補(bǔ)充解決小對象的內(nèi)存分配，在遇到32KB以上的對象時，內(nèi)存分配器會選擇頁堆直接分配大內(nèi)存。

這種多層級的內(nèi)存分配設(shè)計與計算機(jī)操作系統(tǒng)中的多級緩存有些類似，因為多數(shù)的對象都是小對象，我們可以通過線程緩存和中心緩存提供足夠的內(nèi)存空間，發(fā)現(xiàn)資源不足時從上一級組件中獲取更多的內(nèi)存資源。

虛擬內(nèi)存布局

在Go1.11版本之后，使用了稀疏的堆內(nèi)存空間替代了連續(xù)的內(nèi)存，解決了連續(xù)內(nèi)存帶來的限制以及在特殊場景下可能出現(xiàn)的問題。

地址空間

因為所有的內(nèi)存最終都是要從操作系統(tǒng)中申請的，所以 Go 語言的運行時構(gòu)建了操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理抽象層，該抽象層將運行時管理的地址空間分成以下四種狀態(tài)