Go 语言逃逸分析：内存管理的关键

本文主要是介绍Go 语言逃逸分析：内存管理的关键，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

在正式学习逃逸分析时，我们需要提前补充栈、堆、变量的声明周期的概念。

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• 栈(stack)：在GO语言中，栈是调用栈(call stack) 的简称。在GO程序运行时，每一个Goroutine单独维护一个自己的栈区，仅允许自己使用不能被其他Goroutine使用。一个栈通常包含许多栈帧（stack frame）,它描述的是函数之间的调用关系。栈的内存是由编译器自动进行分配和释放的。栈区主要存储函数参数、局部变量、调用函数帧，它们随函数的创建而分配，随函数的退出而销毁。
• 堆(heap)：与栈(stack)不同的是，堆区的内存是由编译器和工程师共同负责管理分配，交给Runtime GC来释放。在堆上分配内存时，必须找到一块足够大的内存来存放新的变量数据。在堆上释放内存时，垃圾回收器会扫描内存空间中不被使用的对象并释放其内存。在我们开发过程中，其实考虑内存管理，主要是考虑堆内存的管理。

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变量的声明周期与变量作用域的关系

• 全局变量：它的生命周期与程序的生命周期一致
• 局部变量：它的生命周期是动态的，从变量创建开始，到变量不再使用结束。
• 形参和函数的返回值：它们都是属于局部变量，在函数被调用时创建，调用结束时被销毁。

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1 逃逸分析是什么？

逃逸分析(Escape Analysis)是一种重要的编译时优化技术，决定将变量分配到 堆(heap)上 还是 栈(stack)上。
通过逃逸分析，编译器可以判断变量的生命周期和作用范围，从而选择最合适的内存分配方式，以提高程序的性能和减少内存开销。

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2 逃逸分析的基本思想是什么？

[!warning]- 思考： 如何知道GO变量的生命周期是完全可知的？

• 判断变量是值类型还是引用类型，值类型是确定的完全可知的，引用类型是不可知的，不知道是否该变量被其他函数使用。

• 检查变量的生命周期是否是完全可知的，如果是，则在栈上分配内存。
• 如何检查不是完全可知的，也就是我们说的逃逸，必须在堆上分配内存。

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3 逃逸分析的分配原则是什么？

[!warning]- 如何确定参数类型是不确定的？

• 变量的数据类型采用interface{}，编译期无法确定其具体的参数类型，所以分配到堆中。
• 什么样的数据类型是确定的？ 比如：声明了一个确定数据类型int的变量`var num int

• GO的逃逸分析是在编译期间完成的，编译期间无法确定的参数类型是放在堆中的。
• 变量在函数外存在引用，则必定放在堆中
• 变量占用内存较大，则优先放在堆中
• 变量在函数外部没有引用，则优先放在栈中。

4 如何进行逃逸分析？

逃逸分析我们可以通过命令查看结果，-gcflags选项用于向 Go 编译器传递编译标志。这些标志可以用来启用或禁用特定的编译器功能，包括逃逸分析

• 查看基本的逃逸分析和内联信息，适用于一般情况

go build -gcflags="-m" main.go

[!warning]+ 命令解释说明

• -m：表示输出有关内联（inlining） 和逃逸分析的信息

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• 查看更详细的优化信息和逃逸分析结果，并禁用内联优化，适用于需要深入调试和分析的情况。

go build -gcflags '-m -m -l'  main.go

[!warning]+ 命令解释说明

• -m -m：表示多次使用 -m 标志，增加详细程度，会输出更多的优化信息，包括逃逸分析和内联优化的详细信息。
• -l：表示禁用内联优化。

5 逃逸分析案例

5.1 变量在函数外存在引用

package mainimport "fmt"func createPointer() *int {var x intreturn &x  // x 逃逸到堆上
}func main() {p := createPointer()fmt.Println(*p)
}

[!note]+ 代码解析说明

• 函数 createPointer 返回了局部变量 x 的地址，这意味着 x 在函数返回后仍然需要存在。
• 因此，编译器将 x 分配到堆上，并在逃逸分析的输出中提示 &x escapes to heap。

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5.2 引用类型的逃逸

• 例如：切片、映射、接口等引用类型的变量，如果它们的底层数据逃逸，则这些变量也会逃逸。

func createSlice() []int {s := make([]int, 10) return s // s 逃逸到堆上 
}

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5.3 闭包捕获变量

如果闭包捕获了外部变量，该变量会逃逸到堆上。

func createClosure() func() { var x int return func() { x++ // x 逃逸到堆上 }
}

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5.4 变量占用内存较大

func createManySlice() []int {  var s []int  for i := 0; i < 1000; i++ {  s = make([]int, 10)  }  return s // s 逃逸到堆上  
}

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6 变量会逃逸到堆上的原因有哪些？

• 函数返回值：如果返回一个局部变量的指针或引用，该变量会逃逸到堆上。
• 闭包捕获：如果闭包捕获了外部变量，该变量会逃逸到堆上。

3. 长生命周期：如果变量的生命周期超出了其作用域，如通过指针或引用传递给其他函数或存储在全局变量中。

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7 如何避免逃逸？

避免逃逸，也就是说减少不必要的堆分配。

• 避免返回局部变量的指针或引用
• 尽量减少闭包捕获的外部变量
• 使用值传递而不是指针传递

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8 逃逸分析的作用有哪些？

• 提升内存分配效率：栈上分配比在堆上分配效率更高效，栈上的内存可以自动回收，而堆上的内存需要垃圾回收器管理。
• 减少垃圾回收开销：减少不必要的堆分配，可以降低垃圾回收的频率和开销。
• 提高程序性能：优化内存分配，提升程序运行效率。

9 学习交流

为了方便大家一起学习一起进步，我创建了一个学习交流的平台
感兴趣的朋友们可以加我微信：LH913582934，备注：CSDN。

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