Golang之内存管理

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概述

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Go的内存分配借鉴了Google的TMalloc，其核心思想是内存池+多级对象管理，能加快分配速度，降低资源竞争。

内存分配的方法

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• 线性分配法：只需要在内存中维护一个指针，这个指针指向下一片未使用内存的起始位置，如果程序需要新分配一片内存，只要找到这个指针直接分配内存即可。

  

  这种方法实现虽然简单，但有一个致命的缺点，就是无法利用曾经使用过但后面被释放的内存。

  

• 空闲链表分配法：会在内部维护一个类似链表的数据结构，当程序需要申请内存时，空闲链表分配器会一次遍历空闲的内存块，找到足够大的内存，然后申请新的资源并修改链表。

  

Go使用的是空闲链表分配法，再配合隔离适应策略，将内存分割成多个链表，每个链表中内存块大小相等，申请内存时先找到合适的链表，再在链表中找到合适的内存块。

基础结构

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• 内存单元相关：mspan、arena
• 内存池相关：mcache、mcentral、mheap

内存单元

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首先，在Go程序初始化时，会先将申请到的虚拟内存分为如下几个部分。

arena区域存储的是程序动态分配的堆区内存，它由若干个mspan构成，其中每个mspan又由若干个的页（一页为8k）构成。mspan是一个基本的内存管理单位，mspan记录了这组连续页面的起止地址、页数量、以及类型规格。

mspan有67种类型，每一种都有自己的大小，需要分配内存时，会先根据需要分配的量来决定mspan的类型，例如需要30byte的内存吗，就选择类型3的mspan

上面的示意图中还有bitmap区域，主要用来标记arena中内存的使用信息，GC扫描信息及对象指针信息。总而言之，spans与arena可以看作是arena的元数据信息，辅助内存管理。

内存池

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mheap是一个全局对象，用来管理大于32K对象内存分布。mheap又由若干个mcentral构成。mcentral维护了各种规格类型的mspan，因此当有不同类型的分配请求时，不会产生并发竞争，只有申请同类型的mspan时才需要加锁操作。

mcache是提供给P的本地内存池，由于各个P都是独立的，每次只有一个G在P上运行，所以分配内存不会产生竞争。mcache上还有微型分配器，当对象度需要的内存小于16B时，会在一个8Byte的mspan（class1）上分配多个对象，以减少内存碎片，更好地利用空间内存。

整体流程

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mcache、mcentral、mheap 起到了内存池的作用，会被预分配内存，当有对应大小的对象需要分配时会先到它们这一层请求。如果这一层内存池不够用时，会按照下面的顺序一层一层的往上申请内存：macache -> mcentral -> mheap -> os。其中，mspan是一个基础结构，上述分配过程基本以它为单位。