Golang内存管理

简介

Golang内存管理采用类似tcmalloc的分级分配算法，主要由MHeap、MCentral、MCache 3 级组成。

按分配对象的大小不同，选择相应的区域进行分配。

golang程序启动时，会根据OS类型向OS申请一大块连续虚拟内存空间如下：

arena：
- 由连续的page(8KB)组成，用于具体的对象分配；
spans：
- 存放了mspan的指针(8Byte)，表示arena区中的某一页(page)属于哪个mspan，用于管理arena；
bitmap：
- 用于标记arena(即heap)中的对象, 每个对象使用两个bit进行标记，分别表示gc状态和是否分配；
- 高地址部分指向arena区域的低地址部分，地址是由高地址向低地址增长的；

MHeap:
- 代表了golang的整个堆内存;
- 全局唯一的;
- 大对象(>32KB)直接在MHeap中分配；
- mheap 包含free，large两个域：
  - free: free包含一个256单元的数组
  - large:
- 给MCentral和MCache等下层提供空间；

MCentral
- 集中管理不同类型（67种）的MSpan，对应TCMalloc中的CentralCache；
- 每个mcentral包含两个mspan列表:
  - noempty: 表示已被mcache的mspan list；
  - empty: 表示未被使用(empty)的mspan 链表。
- 当某个goroutine中的mcache内存不够时，就会从mcentral的empty链表中分配对应的mspan。
- 如果mcentral内存不够，就会从MHeap中分配；
- mcentral中有锁，以为多个goroutine分配提供互斥；

MCache
- 是各个goroutine自有的局部内存;
- 向mcentral申请得到的;
- 小对象(<=32KB)的分配直接在goroutine内部进行，不用加锁，提高分配速度。
- mcache 内存不够时，会向mcentral重新申请；

MSpan：
- 内存管理基本单元，由一片连续的8KB页组成的双向链表，进行内存对象的数据分配;
- 为满足不同大小对象分配的需要，减少内存碎片，同时兼顾内存利用率，golang将span分层不同的大小类型（总共67种）。
- 对象分配内存时，根据对象大小，选择最合适的mspan进行分配。

Go的内存分配器在分配对象时，根据对象的大小，分成三类：

golang变量是在栈上分配还是在堆上分配，是由逃逸分析的结果决定的。

通常情况下，编译器是倾向于将变量分配到栈上的，因为它的开销小。

分配顺序：

golang gc的触发是由gcpercent变量控制的，当新分配的内存占已在使用中的内存的比例超过gcprecent时就会触发。

比如，gcpercent=100，当前使用了4M的内存，那么当内存分配到达8M时就会再次gc。

如果回收完毕后，内存的使用量为5M，那么下次回收的时机则是内存分配达到10M的时候。

也就是说，并不是内存分配越多，垃圾回收频率越高，这个算法使得垃圾回收的频率比较稳定，适合应用的场景。

gcpercent的值是通过环境变量GOGC获取的，如果不设置这个环境变量，默认值是100。

如果将它设置成off，则是关闭垃圾回收。