Golang 内存逃逸
2022-9-25
| 2023-7-14
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什么是内存逃逸

在一段程序中,每一个函数都会有自己的内存区域存放自己的局部变量、返回地址等,这些内存会由编译器在栈中进行分配,每一个函数都会分配一个栈桢,在函数运行结束后进行销毁,但是有些变量我们想在函数运行结束后仍然使用它,那么就需要把这个变量在堆上分配,这种从"栈"上逃逸到"堆"上的现象就成为内存逃逸

典型场景

  • 函数返回局部指针变量。 局部变量原本应该在栈中分配,在栈中回收。但是由于返回时被外部引用,因此其生命周期大于栈,则溢出。
  • 发送指针或带有指针的值到 channel 中。 在编译时,是没有办法知道哪个 goroutine 会在 channel 上接收数据。所以编译器没法知道变量什么时候才会被释放。
  • 在一个切片上存储指针或带指针的值。 一个典型的例子就是 []*string 。这会导致切片的内容逃逸。尽管其后面的数组可能是在栈上分配的,但其引用的值一定是在堆上。
  • slice 的背后数组被重新分配了,因为 append 时可能会超出其容量( cap )。 slice 初始化的地方在编译时是可以知道的,它最开始会在栈上分配。如果切片背后的存储要基于运行时的数据进行扩充,就会在堆上分配。
  • interface动态类型逃逸interface{} 可以表示任意的类型,如果函数参数为 interface{},编译期间很难确定其参数的具体类型,也会发生逃逸。
  • 在 interface 类型上调用方法。 在 interface 类型上调用方法都是动态调度的 —— 方法的真正实现只能在运行时知道。想像一个 io.Reader 类型的变量 r , 调用 r.Read(b) 会使得 r 的值和切片b 的背后存储都逃逸掉,所以会在堆上分配。
  • 变量大小不确定及栈空间不足引发逃逸。我们可以看到,当栈空间足够时,不会发生逃逸,但是当变量过大时,已经完全超过栈空间的大小时,将会发生逃逸到堆上分配内存。同样当我们初始化切片时,没有直接指定大小,而是填入的变量,这种情况为了保证内存的安全,编译器也会触发逃逸,在堆上进行分配内存。

举例

通过 go build -gcflags=-m 可以查看逃逸的情况,使用 go build -gcflags="-m -m -l" 可以查看到更详细的逃逸分析的结果。-m -m 查看编译器的所有优化,-l 禁用掉内联优化。

函数返回局部指针变量

执行go build -gcflags=-m main.go
  • .\main.go:12:10: new(A) escapes to heap 说明 new(A) 逃逸了,符合上述提到的常见情况中的第一种。
  • .\main.go:19:11: a.s + " world" does not escape 说明 b 变量没有逃逸,因为它只在方法内存在,会在方法结束时被回收。
  • .\main.go:20:9: b + "!" escapes to heap 说明 c 变量逃逸,通过fmt.Println(a ...interface{})打印的变量,都会发生逃逸。

interface类型逃逸

逃逸分析结果:
strmain函数中的一个局部变量,传递给fmt.Println()函数后发生了逃逸,这是因为fmt.Println()函数的入参是一个interface{}类型,如果函数参数为interface{},那么在编译期间就很难确定其参数的具体类型,也会发送逃逸。
观察这个分析结果,我们可以看到没有moved to heap: str,这也就是说明str变量并没有在堆上进行分配,只是它存储的值逃逸到堆上了,也就说任何被str引用的对象必须分配在堆上。如果我们把代码改成这样:
逃逸分析结果:
这回str也逃逸到了堆上,在堆上进行内存分配,这是因为我们访问str的地址,因为入参是interface类型,所以变量str的地址以实参的形式传入fmt.Printf后被装箱到一个interface{}形参变量中,装箱的形参变量的值要在堆上分配,但是还要存储一个栈上的地址,也就是str的地址,堆上的对象不能存储一个栈上的地址,所以str也逃逸到堆上,在堆上分配内存。(这里注意一个知识点:Go语言的参数传递只有值传递

闭包产生的逃逸

查看逃逸分析结果:
因为函数也是一个指针类型,所以匿名函数当作返回值时也发生了逃逸,在匿名函数中使用外部变量n,这个变量n会一直存在直到in被销毁,所以n变量逃逸到了堆上。
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