golang演算法圖

❶ golang gc介紹

Go語言的垃圾回收機制介紹如下：

• GC定義：GC全稱為Garbage Collection，中文翻譯為垃圾回收。它是一種自動發現與釋放內存中不再使用的內存區域的過程。這些不再使用的內存區域被稱為垃圾，自動垃圾回收機制可以有效避免程序中內存泄漏的問題，提升程序性能。

• 垃圾回收機制類型：

  • 引用計數：通過維護每個對象的引用計數來管理內存，當引用計數為零時，表示該對象已被釋放。
  • 標記清除：從根對象開始遍歷所有引用的對象，標記為「被引用」，未被標記的對象會被回收。
  • 分代收集：將對象按照生命周期長短劃分不同的代空間，採用不同的回收演算法和回收頻率。

• GC的作用：

  • 內存管理：自動管理內存重復使用，減輕開發者對內存管理的負擔。
  • 避免內存泄漏：有效避免程序中內存泄漏的問題。
  • 提升性能：通過自動回收垃圾內存，提升程序性能。

• Go語言GC觸發條件：

  • GC會在特定條件下觸發，如STW過程，此時CPU暫停執行用戶代碼，用於垃圾回收。

• Go語言GC過程：

  • Root對象：Root對象不需要通過其他對象直接訪問，是GC的起點。
  • 可達性：通過Root對象進行直接或間接訪問的對象為可達對象，其他未被訪問的對象為垃圾。
  • 標記過程：從Root對象開始遍歷標記可達的對象。
  • 清除過程：遍歷整個堆空間，清除未標記的對象。

• Go語言GC演化過程：

  • 從Go 1.1版本開始，逐漸引入了多種優化機制。
  • Go 1.3版本優化了標記過程，引入了並發標記法。
  • Go 1.5版本引入了三色並發標記法，提高了GC效率。
  • Go 1.8版本改進了寫屏障機制，減少了STW時間。
  • Go 1.9版本進一步優化了GC過程，降低了STW持續時間。

總結：Go語言的垃圾回收機制通過不斷優化和改進，有效提升了程序性能和穩定性，減輕了開發者對內存管理的負擔，避免了內存泄漏等問題。

❷ golang是自動釋放內存嗎

golang是一門自帶垃圾回收的語言，它的內存分配器和tmalloc(thread-caching malloc)很像，大多數情況下是不需要用戶自己管理內存的。最近了解了一下golang內存管理，寫出來分享一下，不正確的地方請大佬們指出。

1.內存池:

應該有一個主要管理內存分配的部分，向系統申請大塊內存，然後進行管理和分配。

2.垃圾回收:

當分配的內存使用完之後，不直接歸還給系統，而是歸還給內存池，方便進行下一次復用。至於垃圾回收選擇標記回收，還是分代回收演算法應該符合語言設計初衷吧。

3.大小切分:

使用單獨的數組或者鏈表，把需要申請的內存大小向上取整，直接從這個數組或鏈表拿出對應的大小內存塊，方便分配內存。大的對象以頁申請內存，小的對象以塊來申請，避免內存碎片，提高內存使用率。

4.多線程管理:

每個線程應該有自己的內存塊，這樣避免同時訪問共享區的時候加鎖，提升語言的並發性，線程之間通信使用消息隊列的形式，一定不要使用共享內存的方式。提供全局性的分配鏈，如果線程內存不夠用了，可向分配鏈申請內存。

這樣的內存分配設計涵蓋了大部分語言的，上面的想法其實是把golang語言內存分配抽象出來。其實Java語言也可以以同樣的方式理解。內存池就是JVM堆，主要負責申請大塊內存；多線程管理方面是使用棧內存，每個線程有自己獨立的棧內存進行管理。

golang內存分配器

golang內存分配器主要包含三個數據結構:MHeap,MCentral以及MCache

1.MHeap:分配堆，主要是負責向系統申請大塊的內存，為下層MCentral和MCache提供內存服務。他管理的基本單位是MSpan(若干連續內存頁的數據結構)

type MSpan struct

{

MSpan *next;

MSpan *prev;

PageId start; // 開始的頁號

uintptr npages; // 頁數

…..

};

可以看出MSpan是一個雙端鏈表的形式，裡面存儲了它的一些位置信息。

通過一個基地址+(頁號*頁大小)，就可以定位到這個MSpan的實際內存空間。

type MHeap struct

{

lock mutex;

free [_MaxMHeapList] mSpanList // free lists of given length

freelarge mSpanList // free lists length >= _MaxMHeapList

busy [_MaxMHeapList] mSpanList // busy lists of large objects of given length

busylarge mSpanList

};

free數組以span為序號管理多個鏈表。當central需要時，只需從free找到頁數合適的鏈表。large鏈表用於保存所有超出free和busy頁數限制的MSpan。

MHeap示意圖：

2.MCache:運行時分配池，不針對全局，而是每個線程都有自己的局部內存緩存MCache，他是實現goroutine高並發的重要因素，因為分配小對象可直接從MCache中分配，不用加鎖，提升了並發效率。

type MCache struct

{

tiny byte*; // Allocator cache for tiny objects w/o pointers.

tinysize uintptr;

alloc[NumSizeClasses] MSpan*; // spans to allocate from

};

盡可能將微小對象組合到一個tiny塊中，提高性能。

alloc[]用於分配對象，如果沒有了，則可以向對應的MCentral獲取新的Span進行操作。

線程中分配小對象(16~32K)的過程：

對於
size 介於 16 ~ 32K byte 的內存分配先計算應該分配的 sizeclass，然後去 mcache 裡面
alloc[sizeclass] 申請，如果 mcache.alloc[sizeclass] 不足以申請，則 mcache 向 mcentral
申請mcentral 給 mcache 分配完之後會判斷自己需不需要擴充，如果需要則想 mheap 申請。

每個線程內申請內存是逐級向上的，首先看MCache是否有足夠空間，沒有就像MCentral申請，再沒有就像MHeap，MHeap向系統申請內存空間。

3.MCentral:作為MHeap和MCache的承上啟下的連接。承上，從MHeap申請MSpan；啟下，將MSpan劃分為各種尺寸的對象提供給MCache使用。

type MCentral struct

{

lock mutex;

sizeClass int32;

noempty mSpanList;

empty mSpanList;

int32 nfree;

……

};

type mSpanList struct {

first *mSpan

last *mSpan

};

sizeclass: 也有成員 sizeclass，用於將MSpan進行切分。

lock: 因為會有多個 P 過來競爭。

nonempty: mspan 的雙向鏈表，當前 mcentral 中可用的 mSpan list。

empty: 已經被使用的，可以認為是一種對所有 mSpan 的 track。MCentral存在於MHeap內。

給對象 object 分配內存的主要流程：

1.object size > 32K，則使用 mheap 直接分配。

2.object size < 16 byte，使用 mcache 的小對象分配器 tiny 直接分配。 （其實 tiny 就是一個指針，暫且這么說吧。）

3.object size > 16 byte && size <=32K byte 時，先使用 mcache 中對應的 size class 分配。

4.如果 mcache 對應的 size class 的 span 已經沒有可用的塊，則向 mcentral 請求。

5.如果 mcentral 也沒有可用的塊，則向 mheap 申請，並切分。

6.如果 mheap 也沒有合適的 span，則想操作系統申請。

tcmalloc內存分配器介紹

tcmalloc(thread-caching mallo)是google推出的一種內存分配器。

具體策略：全局緩存堆和進程的私有緩存。

1.對於一些小容量的內存申請試用進程的私有緩存，私有緩存不足的時候可以再從全局緩存申請一部分作為私有緩存。

2.對於大容量的內存申請則需要從全局緩存中進行申請。而大小容量的邊界就是32k。緩存的組織方式是一個單鏈表數組，數組的每個元素是一個單鏈表，鏈表中的每個元素具有相同的大小。

golang語言中MHeap就是全局緩存堆，MCache作為線程私有緩存。

在文章開頭說過，內存池就是利用MHeap實現，大小切分則是在申請內存的時候就做了，同時MCache分配內存時，可以用MCentral去取對應的sizeClass，多線程管理方面則是通過MCache去實現。

總結:

1.MHeap是一個全局變數，負責向系統申請內存，mallocinit()函數進行初始化。如果分配內存對象大於32K直接向MHeap申請。

2.MCache線程級別管理內存池，關聯結構體P，主要是負責線程內部內存申請。

3.MCentral連接MHeap與MCache的，MCache內存不夠則向MCentral申請，MCentral不夠時向MHeap申請內存。