Golang内存逃逸是什么？怎么避免内存逃逸？

 

为什么要内存逃逸分析

C/C++中动态分配的内存需要我们手动释放，导致猿们平时在写程序时，如履薄冰。这样做有他的好处：程序员可以完全掌控内存。但是缺点也是很多的：经常出现忘记释放内存，导致内存泄露。所以，很多现代语言都加上了垃圾回收机制。

Go的垃圾回收，让堆和栈对程序员保持透明。真正解放了程序员的双手，让他们可以专注于业务，“高效”地完成代码编写。把那些内存管理的复杂机制交给编译器，而程序员可以去享受生活。

逃逸分析这种“骚操作”把变量合理地分配到它该去的地方，“找准自己的位置”。即使你是用new申请到的内存，如果我发现你竟然在退出函数后没有用了，那么就把你丢到栈上，毕竟栈上的内存分配比堆上快很多；反之，即使你表面上只是一个普通的变量，但是经过逃逸分析后发现在退出函数之后还有其他地方在引用，那我就把你分配到堆上。真正地做到“按需分配”，提前实现共产主义！

如果变量都分配到堆上，堆不像栈可以自动清理。它会引起Go频繁地进行垃圾回收，而垃圾回收会占用比较大的系统开销（占用CPU容量的25%）。

堆和栈相比，堆适合不可预知大小的内存分配。但是为此付出的代价是分配速度较慢，而且会形成内存碎片。栈内存分配则会非常快。栈分配内存只需要两个CPU指令：“PUSH”和“RELEASE”，分配和释放；而堆分配内存首先需要去找到一块大小合适的内存块，之后要通过垃圾回收才能释放。

通过逃逸分析，可以尽量把那些不需要分配到堆上的变量直接分配到栈上，堆上的变量少了，会减轻分配堆内存的开销，同时也会减少gc的压力，提高程序的运行速度。

逃逸分析是怎么完成的

Go逃逸分析最基本的原则是：如果一个函数返回对一个变量的引用，那么它就会发生逃逸。

任何时候，一个值被分享到函数栈帧范围之外，它都会在堆上被重新分配。

简单来说，编译器会分析代码的特征和代码生命周期，Go中的变量只有在编译器可以证明在函数返回后不会再被引用的，才分配到栈上，其他情况下都是分配到堆上。

Go语言里没有一个关键字或者函数可以直接让变量被编译器分配到堆上，相反，编译器通过分析代码来决定将变量分配到何处。

对一个变量取地址，可能会被分配到堆上。但是编译器进行逃逸分析后，如果考察到在函数返回后，此变量不会被引用，那么还是会被分配到栈上。套个取址符，就想骗补助？Too young！

简单来说，编译器会根据变量是否被外部引用来决定是否逃逸：

• 如果函数外部没有引用，则优先放到栈中；

• 如果函数外部存在引用，则必定放到堆中；

逃逸的常见情况

1. 发送指针的指针或值包含了指针到 channel 中，由于在编译阶段无法确定其作用域与传递的路径，所以一般都会逃逸到堆上分配。

2. slices 中的值是指针的指针或包含指针字段。一个例子是类似[] *string 的类型。这总是导致 slice 的逃逸。即使切片的底层存储数组仍可能位于堆栈上，数据的引用也会转移到堆中。

3. slice 由于 append 操作超出其容量，因此会导致 slice 重新分配。这种情况下，由于在编译时 slice 的初始大小的已知情况下，将会在栈上分配。如果 slice 的底层存储必须基于仅在运行时数据进行扩展，则它将分配在堆上。

4. 调用接口类型的方法。接口类型的方法调用是动态调度 - 实际使用的具体实现只能在运行时确定。考虑一个接口类型为 io.Reader 的变量 r。对 r.Read(b) 的调用将导致 r 的值和字节片b的后续转义并因此分配到堆上。 参考 http://npat-efault.github.io/programming/2016/10/10/escape-analysis-and-interfaces.html

5. 尽管能够符合分配到栈的场景，但是其大小不能够在在编译时候确定的情况，也会分配到堆上

逃逸如何避免

1. go 中的接口类型的方法调用是动态调度，因此不能够在编译阶段确定，所有类型结构转换成接口的过程会涉及到内存逃逸的情况发生。如果对于性能要求比较高且访问频次比较高的函数调用，应该尽量避免使用接口类型。http://npat-efault.github.io/programming/2016/10/10/escape-analysis-and-interfaces.html

type Stringer interface {
    String() string
}
if v, ok := any.(Stringer); ok {
    return v.String()
}

2. 由于切片一般都是使用在函数传递的场景下，而且切片在 append 的时候可能会涉及到重新分配内存，如果切片在编译期间的大小不能够确认或者大小超出栈的限制，多数情况下都会分配到堆上。https://www.do1618.com/archives/1328/go-%E5%86%85%E5%AD%98%E9%80%83%E9%80%B8%E8%AF%A6%E7%BB%86%E5%88%86%E6%9E%90/

3. 减少外部引用, 如指针. 

总结

• 堆上动态分配内存比栈上静态分配内存，开销大很多。
• 变量分配在栈上需要能在编译期确定它的作用域，否则会分配到堆上。
• Go编译器会在编译期对考察变量的作用域，并作一系列检查，如果它的作用域在运行期间对编译器一直是可知的，那么就会分配到栈上。简单来说，编译器会根据变量是否被外部引用来决定是否逃逸。
• 对于Go程序员来说，编译器的这些逃逸分析规则不需要掌握，我们只需通过go build -gcflags '-m'命令来观察变量逃逸情况就行了。
• 不要盲目使用变量的指针作为函数参数，虽然它会减少复制操作。但其实当参数为变量自身的时候，复制是在栈上完成的操作，开销远比变量逃逸后动态地在堆上分配内存少的多。
• 最后，尽量写出少一些逃逸的代码，提升程序的运行效率。