GoLang之Go内存管理及优化

文章目录

• GoLang之Go内存管理及优化
• • 1.Go 内存管理
  • • 1.1TCMalloc
    • 1.2提前将内存分块
    • 1.3对象分配
    • 1.4内存缓存
  • 2.Go 内存管理的问题
  • 3.字节跳动的优化方案

GoLang之Go内存管理及优化 1.Go 内存管理 1.1TCMalloc

TCMalloc: TC is short for thread caching,TCMalloc全称Thread-Caching Malloc，即线程缓存的malloc，实现了高效的多线程内存管理，
目标：为对象在 heap 上分配内存

1.2提前将内存分块

提前将内存分块
1.调用系统调用 mmap() 向 OS 申请一大块内存，例如 4 MB
2.先将内存划分成大块，例如 8 KB，称作 mspan
3.再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配
noscan mspan: 分配不包含指针的对象 —— GC 不需要扫描
4.scan mspan: 分配包含指针的对象 —— GC 需要扫描

1.3对象分配

对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回

1.4内存缓存

Go 内存管理构成了多级缓存机制，从 OS 分配得的内存被内存管理回收后，也不会立刻归还给 OS，而是在 Go runtime 内部先缓存起来，从而避免频繁向 OS 申请内存。内存分配的路线图如下。

2.Go 内存管理的问题

mspan, mcache 和 mcentral 构成了内存管理的多级缓存机制。

1.对象分配是非常高频的 *** 作：每秒分配 GB 级别的内存
2.线上 profiling 发现，Go 的内存分配占用很多 CPU
可以看到，用于分配对象的函数 mallocgc() 占用 CPU 较高

3.小对象分配占大多数
横轴是对象大小，纵轴是数目，可以看到绝大多数对象都小于 80 B。因此优化小对象分配是关键。

3.字节跳动的优化方案

Balanced GC:
1.核心：将 noscan 对象在 per-g allocation buffer (GAB) 上分配，并使用移动对象 GC 管理这部分内存，提高对象分配和回收效率

2.每个 g 会附加一个较大的 allocation buffer (例如 1 KB) 用来分配小于 128 B 的 noscan 小对象
3.bump pointer 风格的对象分配。示意如下。

if g.ab.end - g.ab.top < size {
    // Allocate a new allocation buffer
}
addr := g.ab.top
g.ab.top += size
return addr

3.分配对象时，根据对象大小移动 top 指针并返回，快速完成一次对象分配
4.同原先调用 mallocgc() 进行对象分配的方式相比，balanced GC 缩短了对象分配的路径，减少了对象分配执行的指令数目，降低 CPU 使用

从 Go runtime 内存管理模块的角度看，一个 allocation buffer 其实是一个大对象。本质上 balanced GC 是将多次小对象的分配合并成一次大对象的分配。因此，当 GAB 中哪怕只有一个小对象存活时，Go runtime 也会认为整个大对象（即 GAB）存活。为此，balanced GC 会根据 GC 策略，将 GAB 中存活的对象移动到另外的 GAB 中，从而压缩并清理 GAB 的内存空间，原先的 GAB 空间由于不再有存活对象，可以全部释放，如下图所示。

上图上方是两个 GAB，其中虚线表示 GAB 中对象的分界线。黑色表示 GAB 中存活的对象，白色表示死掉的对象。由于 GAB 中有存活对象，整个 GAB 无法被回收。
Balanced GC 会将 GAB 中存活的对象移动到下面的 GAB 中，这样原先的两个 GABs 就可以被释放，压缩并清理 GAB 的内存空间。
Balanced GC 只负责 noscan 对象的分配和移动，对象的标记和回收依然依赖 Go GC 本身，并和 Go GC 保持兼容。