GopherCon SG 2019 "Understanding Allocations" 学习笔记

本篇是根据 GopherCon SG 2019 “Understanding Allocations” 演讲的学习笔记。

Understanding Allocations: the Stack and the Heap - GopherCon SG 2019 - YouTube

理解分配：栈和堆

你的程序中有两种内存，栈内存和堆内存。

go 中，每个 go 程都会有一个栈空间，整个程序有一个堆空间。

变量是在栈还是堆上

负责堆垃圾回收的 GC 会导致整个程序的延迟，而不仅仅是创建垃圾的部分。你可能会担心你的代码在堆中产生了多少垃圾。

什么时候需要优化

要有 benchmarks 基准来证明你的程序不够快（有大量的堆内存分配），够快就不用多此一举了。

你要先确保程序能正确运作（业务处理），而不是先着重性能优化。

在有大量指针+运行快速的程序、清晰明了+但有点慢的程序之间，你应该选择后者。

普通类型参数传递

第5行进入squre函数

函数和局部变量被挤压入栈，一个函数为一个堆栈帧。

squre函数执行完

执行完成后，你会发现黑线（只是用于区分）向上移，上方内容为有效内容，下方内容为无效内容（过期而不再使用）

第6行执行println函数

go 声明了新的内存部分，我们有了新的堆栈帧用于打印行，黑线下移。

通俗的来讲，栈空间会进行自我清理，任何变量都会被清理干净，空间会被重复使用。

指针类型参数传递

第4行声明变量

main 函数和变量 n 被压入栈。

第5行进入inc函数

inc 函数和变量 x 被压入栈，属于另一个堆栈帧，黑线下移。传入的变量是 n 的地址。

inc函数执行完

黑线上移，n 被修改了值。并没有什么问题。

执行println函数

总结

虽然使用了指针传参，但这种情况下它能够留在栈上，即共享向下传递时，通常留在栈空间上。（主函数将自己的变量传给子函数）

函数返回引用

第4行进入answer函数前

编译器推断出 n 是 int 的指针类型，赋初值 nil 等待函数返回结果。

进入函数

在函数内部声明了变量并初始化，并返回了变量的内存地址。

执行println函数

致命的问题

你会发现，我明明没有进行赋值修改的操作，但却破坏了原有的值。原因在于

• 调用 answer 函数的时候，假如我们把声明的变量 x 放在栈空间，返回变量的地址。
• 那么 main 函数中的 n 会拿到 x 的地址，当 answer 方法退出时（黑线上移），该堆栈帧已过期，但是 n 还引用着 x。
• 我们知道堆栈的空间是可以被重复利用的，那么下一次执行其他函数或者声明变量的时候，那块过期的内存区域就会被重新使用，修改为其他值。
• 案例中调用 println，黑线下移，产生新的堆栈帧，原先 x 标识符被替换成了 a，修改 a 的值等同修改了 n 地址解引用后的值。这是非常致命的错误。

解决的方法

为了解决上述致命的问题，被声明初始化的 x 变量就需要“逃逸”到堆空间中。这样其他无关函数就不会对它的值产生影响。

共享向上传递时，通常留在堆空间上。（子函数将自己的变量传给主函数，引用）

Escape Analysis

编译器怎么判断的

变量只在函数里工作，那就分配到栈空间上。如果编译器不能证明函数返回后声明过的变量是否被引用，那必须将其分配到堆空间上。

询问编译器

查看构建指令，可以提供一个 -gcflags 的可选参数，传递给 go tool compile 工具

查询 go tool compile -h，得知参数 -m 可以输出编译器的优化决定（变量放在栈还是堆上）

执行 go build -gcflags "-m" 获取到下面的结果

总结

什么时候会把变量分配在堆内存上

• 函数返回退出后声明过的变量依旧被引用着。
• 变量初始化值大小过大无法分配进栈。
• 不知道变量值的具体大小，比如切片。

做个判断

看看前面总结的第一点和第三点。明显可以知道右边那个是分配在栈上，而左边那个分配在堆上。

思考io.Reader接口

io 标准库里有个 Reader 接口，你应该知道为什么官方要用前者替换后者了吧。如果使用后者，会在堆上产生大量的垃圾，造成程序迟钝。前者则符合向下传递思想，变量通常分配在栈空间上。

最后

不要猜想，多用工具！