一文详解Go内存分配与逃逸分析

前言

逃逸分析，简单的说就是确定内存是分配到栈上还是堆上。

将内存分配到栈上的性能会比分配到堆上的性能明显要高，Go在编译阶段就会完成逃逸分析，编译器会尽可能的将内存分配到栈上，但当检查到变量在生命周期内发生未知的情况，则会产生逃逸现象，从而会将变量的内存分配到堆上。

插曲：为什么将内存分配到栈上的性能会比分配到堆上的性能明显要高呢？

原因是因为栈的内存是由编译器自动进行分配和释放的，非常高效，它们随着函数的创建而分配，随着函数的退出而销毁；而对于堆上的内存回收，得通过Go的三色标记法，进行垃圾回收，并且有时还需要加锁来防止多线程冲突。

逃逸分析原则

• 编译阶段无法确定的参数，会逃逸到堆上；
• 变量在函数外部存在引用，会逃逸到堆上；不存在引用，则会继续在栈上；
• 变量占用内存较大时，会逃逸到堆上；

逃逸分析举例

下面通过举例，来进一步论证逃逸分析的原则，加深一下理解

我们可以使用这个命令go build -gcflags '-m -m -l' go文件名，来查看逃逸分析的结果

1.参数为interface类型会逃逸

func main() {
  num := 1
  fmt.Println(num)
}

运行结果：

原因分析：

func Println(a ...interface{}) (n int, err error)，这个函数的入参是interface类型，编译阶段无法确定其具体的参数类型，所以内存分配到堆上

2.变量在函数外部有引用会逃逸

func main() {
  _ = test()
}

func test() *int {
  num := 10
  return &num
}

运行结果：

原因分析：

变量num在函数外部存在引用，函数退出时栈中的内存（栈帧）已经释放，但引用已经被返回，如果通过引用地址取值，在栈中是取不到值的，所以Go为了避免这个情况，会将内存分配到堆上

3.变量占用内存较大时会逃逸

func main() {
  //不会逃逸
  s1 := make([]int, 10, 10)
  for i := 0; i < 10; i++ {
    s1[i] = i
  }

  //会逃逸
  s2 := make([]int, 10000, 10000)
  for i := 0; i < 10000; i++ {
    s2[i] = i
  }
}

运行结果：

原因分析：

切片容量过大时，会产生逃逸，内存分配到堆上；容量小时，不会逃逸，内存分配依赖在栈上

4.变量大小不确定时会逃逸

func main() {
  num := 10
  s := make([]int, num, num) 
  for i := 0; i < num; i++ {
    s[i] = i
  }
}

运行结果：

原因分析：

切片的长度和容量，虽然通过声明的变量num来指定了，但在编译阶段是未知的，并不确定num的具体值，所以会逃逸，将内存分配到堆上

应用实践

通过上面的举例，更加清晰的知道了哪些情况会产生逃逸，哪些不会产生逃逸。知道了这些，才能写出更优质的代码。

实践案例：方法接收者变量，什么时候用结构体，什么时候用结构体指针呢？

分情况讨论：

• 结构体较大时：如果使用结构体，虽然分配在栈上不逃逸，但会产生值拷贝，带来的是更多的性能开销与内存占用，所以使用结构体指针更加合适，产生了逃逸但节省了内存空间，同时也避免了额外的性能开销；
• 结构体较小时：这种情况就适合使用结构体，分配在栈上，减少了GC压力的同时提高了性能；

总结

内存分配到栈上还是堆上，通过逃逸分析就能明确知道。基于逃逸分析的原则，使用举例来做了论证，加深了理解与使用。

弄清楚了逃逸分析，结合实际应用场景，我们才能写出更优质的代码，要尽可能的让内存分配到栈上，减少GC压力以提高性能，但并不绝对，额外的性能开销与内存空间的高占用，我们也得选择更适当的平衡点。

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