【Go系列】Go的内存分配

承上启下

        在上一篇文章中，我们介绍了go的指针类型，*和Unsafe.Point以及uintptr的区别。在高级编程语言中，例如Java，是直接忽略掉指针这个概念的。像C++，是能够自由使用指针的，但是C++需要自己进行内存的分配和回收。为什么Go要构建这三种指针类型呢，也是为了方便内存。如果对Go语言了解没那么深入或者系统要求没那么多的，一般也不会用到指针类型，这就保证了整个Go应用的高效性。既然已经说到了内存分配，咱们今天就来说说Go的内存分配把。

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Go的内存分配

        Go语言的内存分配机制是Go运行时（runtime）的重要组成部分，它负责在程序运行时动态地管理内存。Go的内存分配器采用了多种策略来优化性能和减少内存碎片，下面是一些关键的点：

内存分配器组件

1. 堆（Heap）：Go的垃圾回收（GC）主要在堆上操作，动态分配的内存大多来自于堆。

2. 栈（Stack）：函数调用时使用的内存，通常是自动分配和释放的。Go语言使用连续栈技术，可以在需要时扩展。

3. 内存管理器（Memory Manager）：负责协调内存的分配和释放。

内存分配策略

1. 对象大小：

   • 小对象（Tiny）：小于16字节的对象，Go会尝试在分配的内存块中填充多个小对象以减少内存碎片。
   • 小到大对象（Small）：16字节到32KB的对象，通过尺寸分类进行快速分配。
   • 大对象（Large）：大于32KB的对象，直接在堆上分配。

2. 尺寸分类：

   • Go的内存分配器将内存分为多个大小等级，每个等级的对象大小是上一个等级的两倍。

3. 缓存（Cache）：

   • 每个处理器P都有一个mcache（内存缓存），用于无锁访问，快速分配小对象。
   • 对于中心缓存（mcentral），它存储着所有大小等级的空闲内存块列表。

4. 线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）：

   • 为了减少锁的竞争，每个线程都有一个本地的缓存（mcache）。

内存分配过程

1. 分配：

   • 当一个goroutine需要内存时，它会检查mcache中对应大小等级的空闲列表。
   • 如果mcache没有足够的内存，它会从mcentral获取一个新的内存块。
   • 如果mcentral也没有足够的内存，它会从堆（mheap）中获取一个新的更大的内存块，并将其切分成适当大小的块。

2. 释放：

   • 当对象不再被使用时，它们会被标记为垃圾，等待垃圾回收器来回收。
   • 回收过程中，内存会被返回到相应的mcache或mcentral，供后续分配使用。

垃圾回收（GC）

Go使用标记-清除（Mark-Sweep）和标记-整理（Mark-Compact）算法来回收不再使用的内存。垃圾回收是自动的，对开发者透明。这节主要讲的是内存分配，所以对于内存回收的三色标记法，读写屏障之类的就不过多赘述了。

Make和New

       我们对变量初始化的时候，其实就是给这个变量分配一定的内存空间。这时候就不得不说道new和make的区别了。这两个都是内置函数，用于初始化变量，无论是 new 还是 make，它们分配的内存都是在堆上，这意味着分配的内存直到不再被引用时才会被垃圾回收器回收。但是他们具体是怎么样的呢，我我们一起来看看把。

new关键字

• 用途：new用于值类型的内存分配，如基本数据类型（int、float、string等）、数组、结构体等。
• 返回值：new返回的是指向该类型零值的指针。
• 分配位置：分配的内存是在堆上。
• 示例：

  p := new(int)    // p 是 *int 类型，指向一个新的分配的 int 值，其值为 0 

make关键字

• 用途：make仅用于内建类型（map、slice 和 channel）的内存分配和初始化。
• 返回值：make返回的是初始化后的（非零）值，而不是指针。
• 分配位置：分配的内存也是在堆上。
• 示例：

  s := make([]int, 10)    // s 是 []int 类型的切片，长度为 10，每个元素都初始化为 0 

区别

1. 返回类型：

   • new(T) 返回的是 *T 类型的指针。
   • make(T, args) 返回的是 T 类型的值，其中 T 必须是 slice、map 或 channel。

2. 初始化：

   • new 只分配内存，并不初始化内存，内存的值是零值。
   • make 分配并初始化内存，返回的是已经初始化后的值。

3. 使用场景：

   • 对于值类型（如数组、结构体等）使用 new。
   • 对于内建类型（如 slice、map、channel）使用 make。

与内存分配的联系

• 堆分配：无论是 new 还是 make，它们分配的内存都是在堆上，这意味着分配的内存直到不再被引用时才会被垃圾回收器回收。

• 性能考虑：由于 make 还负责初始化内存，因此对于需要立即使用的内建类型来说，使用 make 可以减少后续的初始化步骤，可能带来性能上的优势。

• 内存管理：new 和 make 都是由Go的内存分配器管理的，它们负责从堆上分配内存，并可能涉及Go运行时的内存管理策略，如mcache、mcentral和mheap等。