优化 Golang 中的内存使用：变量何时分配到堆

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使用 golang 开发应用程序时，面临的常见挑战之一是内存管理。 golang 使用两个主要内存存储位置：堆栈和堆。了解变量何时分配到堆和堆栈对于优化我们构建的应用程序的性能至关重要。在本文中，我们将探讨导致变量分配到堆的关键条件，并介绍逃逸分析的概念，go 编译器使用逃逸分析来确定内存分配。

长话短说

在golang中，变量可以分配在堆或栈上。当变量需要超过函数作用域或更大的对象时，就会发生堆分配。 go 使用逃逸分析来确定变量是否应该分配在堆上。

堆分配发生在以下场景中：

1. 变量“转义”函数或作用域。
2. 变量存储在生命周期较长的位置，例如全局变量。
3. 变量被放置在函数外部使用的结构中。
4. 大对象分配在堆上以避免使用大堆栈。
5. 存储对局部变量的引用的闭包会触发堆分配。
6. 当变量转换为接口时，经常会发生堆分配。

堆分配速度较慢，因为内存由垃圾收集器 (gc) 管理，因此最大限度地减少其使用至关重要。

什么是栈和堆？

在进入正题之前，我们先了解一下栈和堆的区别。

• 堆栈：堆栈内存用于存储函数或 goroutine 中的局部变量。堆栈以后进先出 (lifo) 方式运行，其中最新的数据最先被删除。在堆栈上分配的变量仅在函数执行期间有效，并在函数退出其作用域时自动删除。堆栈上的分配和释放非常快，但堆栈大小有限。
• 堆：堆内存用于存储需要在函数生命周期之外持续存在的对象或变量。与堆栈不同，堆不遵循 lifo 模式，并且由垃圾收集器 (gc) 管理，gc 会定期清理未使用的内存。虽然堆对于长期存储来说更灵活，但访问堆内存速度较慢，并且需要 gc 进行额外的管理。

什么是逃逸分析？

逃逸分析是 go 编译器执行的一个过程，用于确定变量是否可以分配在 堆栈 上还是需要移动到 堆 中。如果变量“转义”函数或作用域，它将被分配在堆上。相反，如果变量仍在函数作用域内，则可以将其存储在堆栈上。

变量什么时候分配到堆？

有几种情况会导致变量在堆上分配。让我们讨论每种情况。

1. 当变量从函数或作用域中“逃逸”时

当在函数内部声明变量但其引用逃逸函数时，就会发生堆分配。例如，当我们从函数返回指向局部变量的指针时，该变量将在堆上分配。

例如：

func newint() *int {
    x := 42
    return &x // "x" is allocated on the heap because a pointer is returned
}

在此示例中，变量 x 在函数 newint() 完成后必须保持活动状态，因此 go 在堆上分配 x。

2. 当变量存储在寿命较长的位置时

如果变量存储在生命周期长于声明变量的范围的位置，它将被分配在堆上。一个典型的例子是对局部变量的引用存储在全局变量或寿命更长的结构中。例如：

var global *int

func setglobal() {
    x := 100
    global = &x // "x" is allocated on the heap because it's stored in a global variable
}

这里，变量 x 需要在 setglobal() 函数之外继续存在，因此必须在堆上分配它。类似地，当局部变量被放入在创建它的函数外部使用的结构中时，该变量将被分配在堆上。例如：

type node struct {
    value *int
}

func createnode() *node {
    x := 50
    return &node{value: &x} // "x" must be on the heap because it's stored in node
}

在此示例中，由于 x 存储在 node 中并从函数返回，因此 x 必须比函数更长寿，因此它被分配在堆上。

3. 对于大物体

有时，对于大型对象（例如大型数组或切片），堆分配是必要的，即使对象不会“逃逸”。这样做是为了避免使用过多的堆栈空间。例如：

func largeslice() []int {
    return make([]int, 1000000) // heap allocation due to large size
}

golang 将使用堆来存储这个大切片，因为它的大小对于堆栈来说太大了。

4. 存储局部变量引用的闭包

如果闭包持有对定义闭包的函数中的局部变量的引用，那么 golang 中的闭包通常会导致堆分配。例如：

func createclosure() func() int {
    x := 10
    return func() int { return x } // "x" must be on the heap because it's used by the closure
}

由于闭包 func() int 保存了对 x 的引用，因此必须在堆上分配 x 以确保它在 createclosure() 函数完成后保持活动状态。

5. 接口和动态调度

当变量被转换为接口时，go 可能需要在堆上存储变量的动态类型。发生这种情况是因为有关变量类型的信息需要与其值一起存储。例如：

func asInterface() interface{} {
    x := 42
    return x // Heap allocation because the variable is cast to interface{}
}

在这种情况下，go 将在堆上分配 x 以确保动态类型信息可用。

导致堆分配的其他因素

除了上面提到的条件之外，还有其他几个因素可能会导致变量分配在堆上：

1. goroutine

goroutine 中使用的变量通常分配在堆上，因为 goroutine 的生命周期可以扩展到创建它的函数之外。

2. 垃圾收集器（gc）管理的变量

如果 go 检测到某个变量需要由垃圾收集器 (gc) 管理（例如，因为它跨 goroutines 使用或具有复杂的引用），则该变量可能会分配在堆上。

结论

了解变量在堆上分配的时间和原因对于优化 go 应用程序的性能至关重要。逃逸分析在确定变量是否可以分配在堆栈上或必须分配在堆上起着关键作用。虽然堆为存储需要更长生命周期的对象提供了灵活性，但过多的堆使用会增加垃圾收集器的工作负载并降低应用程序性能。通过遵循这些准则，您可以更有效地管理内存并确保您的应用程序以最佳性能运行。

如果您认为我遗漏了任何内容，或者您​​有与 go 内存管理相关的其他经验和技巧，请随时在下面的评论中分享。进一步的讨论可以帮助我们所有人更好地理解这个主题并继续开发更高效的编码实践。

今天带大家了解了的相关知识，希望对你有所帮助；关于Golang的技术知识我们会一点点深入介绍，欢迎大家关注golang学习网公众号，一起学习编程~