Go核心编程(四) -- 内存模型

栈内存（协程栈，调用栈）

1. 为什么go的栈是在堆上？

• go 协程栈的位置： go的协程栈位于go的堆内存，go 的gc 也是对堆上内存进行GC， go堆内存位于操作系统虚拟内存上， 记录局部变量，传递参数和返回值 ，go 使用的参数拷贝传递，如果传递的值比较大 注意传递其指针

go 参数传递 使用 值传递， 也就是说传递结构体时候，拷贝结构体的指针，传递结构体指针时候 拷贝的结构体指针 所以对于 只读参数，不进行修改，最好传递结构体指针

2. 协程栈的空间不够大 怎么办？

• 本地变量太大，栈帧太多

逃逸分析

1. 不是所有的变量都放在协程栈上，栈帧回收后，需要继续使用的变量，或者 太大的变量，分为指针逃逸，空接口逃逸和大变量逃逸，从栈逃逸分配到堆空间上

• 指针逃逸 (函数返回的指针被其他使用)

func a() *int {
	v :=0
	return &v // 导致 局部变量会分配在堆行 不会分配栈上
}
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• 空接口逃逸（函数的参数是interface{} 函数的实参很可能会逃逸，主要因为interface{} 类型函数往往会使用反射）

fmt.Println(i) // 入参属于interface{} 空接口, 是否有反射查看值是什么类型 逃逸到堆上
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• 大变量逃逸(过大变量导致的空间不足，超过64KB的变量会逃逸)

// 解决协程的栈空间不足
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• 调用栈帧太多（栈扩容）

2. 解决方式 进行栈扩容，Go的栈初始空间为2KB
3. 在函数调用前判断栈空间morestack
4. 早期使用分段栈(go 1.13) 在逻辑上连接，优点没有空间浪费，栈指针会在不连续的空间跳转，后期 连续栈，缺点 伸缩时候开销大，扩容为原来2倍, 使用比例不足1/4， 变为原来的 1/2 
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go 堆内存

操作系统的虚拟内存：操作系统给应用提供的虚拟的内存的空间，背后也是物理内存或者磁盘

1. go 使用 heapArena每次申请虚拟内存单元 64MB,所有的heapArena 组成 堆内存
   

• 线性分配据或者链表分配出现空间碎片，所有go 语言中使用分级分配，避免内存的碎片化，每个内存进行分级思想， mspan n内存管理单元
  

按照需求进行分级分配，runtime.sizeclass.go 进行分配， 总共有68 个级别。

其中 136 个span , mcentral 属于链接头，其中 68个需要GC扫描，其他68个不需要GC扫描。
mcentral 的属于中心索引，使用互斥锁保护，在高并发的场景下 锁冲突严重，参考GMP模型，增加线程的本地缓存。

• Go 模仿TCmalloc ，建立自己的堆内存架构
• 使用heapArena 向操作系统申请内存，以mspan 为单位，防止碎片化
• mcentral 是mspan 的中心索引
• 使用mcache 本地缓存 大大降低 锁竞争问题

堆如何进行分配

• Tiny 微对象（0，16B）无指针 – 分配到普通mspan(class 1 - class 67) --将多个微级对象合并成16Byte
• Small 对象[16B, 32K] – 定制作mspan (class 0)
• Large 大对象（32KB, +)
• heapArena 不足的化 会自动申请扩容

go 语言对象的垃圾回收

• 标记-清除
• 标记-整理 （go 语言使用分级分配 不需要标记整理）
• 标记-复制 （只有用内存进行复制，但是空间浪费非常大，Java的新生代）
  总结： Go 堆内存的独特方式 进行标记清除掉，如何寻找有用？
• Gc的起点： 1. 被栈上的指针引用 2.被全局变量引用 3.被寄存器中指针引用
• Root 节点进行广度优先策略进行搜索（可达性分析标记方法）
• 暂停所有其他协程，进行可达性分析，找到无引用的GC 属于串行GC 属于在OLD version 中

如何减少GC对性能的分析

• 如何进行并行GC 提升性能？
  难点在于如何进行标记阶段，go 语言采用的 三色标记方法
  ·- 黑色： 表示已经分析扫描，有用
  ·- 灰色： 有用，还没进行分析扫描 DFS代替队列
  ·- 白色： 暂时无用
  
  当三色标记结束后只有黑色的对象，下一次开启恢复成 白色

• 并发标记的问题（删除）-- 在GC时候 进行对象的指针的变动，针对 并发标记问题 使用 Yuasa 删除屏障， 强制将释放的C指针变成灰色，避免 在GC过程中被粗我䣌标记
  

• Yuasa 删除屏障（s释放的指针进行强制为灰色）
  1. 删除屏障可以杜绝在GC标记中删除的问题 ，但是也无法解决并发标记的插入问题
  
  针对插入屏障 使用 Dijkstra 插入屏障
  并发标记过程中 将C进行强制置灰，当并发标记过程，新指针指向新的对象，新增的依赖对象 防止错误的GC

• 混合屏障

1. 被删除的堆对象标记成为灰色
2. 被添加的堆对象标记成为灰色
   并发垃圾回收关键在于标记安全，兼顾的安全的效率

GC 优化效率

GC触发的时机

• 系统定时触发
  g0 协程内的sysmon 定时检查 ，在2min 内 forcegcperiod 没有过GC，触发，谨慎调整

• 用户显示触发
  调用runtime.gc 并不推荐

• 申请内存触发
  给申请对象的时候伴随着GC

• GC优化原则

1. 尽量少在堆上产生垃圾
2. 内存池化（channel 中 环形池）
3. 减少逃逸 （fmt 包， 返回了指针不是拷贝）
4. 使用空结构体 (不占用空结构体，使用channel 传递空结构体)
   使用如下的方式 查看内存

$env:GODEBUG="gctrace=1"
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