go内存分配

是一种高效的内存分配方式，只需要在内存中维护一个指向内存特定位置的指针，当用户程序需要申请内存时修改指针的位置

定义

较低的实现复杂度

执行速度快

优点

对于已经释放的内存无法重写使用

缺点

线性分配器具有上述特性，所以需要与合适的垃圾回收算法配合使用，例如：标记压缩（Mark-Compact）、复制回收（Copying GC）和分代回收（Generational GC）等算法，它们可以通过拷贝的方式整理存活对象的碎片，将空闲内存定期合并，这样就能利用线性分配器的效率提升内存分配器的性能了

使用

线性分配器

是一个链表，当用户需要内存的时候就便利空闲的内存块，找到一个够大的内存，就分配并修改链表

有利于内存的回收利用

每次分配内存的时候都需要遍历链表，时间复杂度是O(n)

首次适应（First-Fit）— 从链表头开始遍历，选择第一个大小大于申请内存的内存块

循环首次适应（Next-Fit）— 从上次遍历的结束位置开始遍历，选择第一个大小大于申请内存的内存块

最优适应（Best-Fit）— 从链表头遍历整个链表，选择最合适的内存块；

隔离适应（Segregated-Fit）— 将内存分割成多个链表，每个链表中的内存块大小相同，申请内存时先找到满足条件的链表，再从链表中选择合适的内存块

分配策略

空闲链表分配器

分配方法

Go语言的内存分配器就借鉴了 TCMalloc(Thread-Caching Malloc) 的设计实现高速的内存分配，它的核心理念是使用多级缓存将对象根据大小分类，并按照类别实施不同的分配策略。

对象大小

线程缓存（Thread Cache)

中心缓存（Central Cache）

页堆（Page Heap）

多级缓存

go的分级分配

设计思想: 建立在堆区的内存时连续的这一假设上，启动时初始化整片虚拟内存区域，分为三个区域spans、bitmap 和 arena 分别预留了 512MB、16GB 以及 512GB 的内存空间

spans 区域存储了指向内存管理单元 runtime.mspan 的指针，每个内存单元会管理几页的内存空间，每页大小为 8KB；（512GB/8KB*8 byte= 512M）

bitmap 每个指针大小的内存都会有两个bit分别表示是否应该继续扫描和是否包含指针； (512GB/(8*8/2 )=16GB)

arena 区域是真正的堆区，运行时会将 8KB 看做一页，这些内存页中存储了所有在堆上初始化的对象；

内部实现

设计简单，使用方便

分配的内存地址会发生冲突，导致堆的初始化和扩容失败

没有被预留的大块内存可能会被分配给 C 语言的二进制，导致扩容后的堆不连续

内存上限是512GB

线性内存<=1.10

将原有的连续大内存切分成稀疏的小内存，而用于管理这些内存的元信息也被切分成了小块

 设计思想

各平台二维数组情况

运行时使用二维的 runtime.heapArena 数组管理所有的内存，每个单元都会管理 64MB 的内存空间

大约会增加 1% 的垃圾回收开销

内存的管理变得更加复杂

稀疏内存 >1.10

虚拟内存布局

设计原理

Go 语言内存管理的基本单元

mspan之间形成双向链表结构，每个mspan 都管理 n 个大小为 8KB 的页

每个mspan都有一个spanClass，代表是了那种跨度类型的span

startAddr 和 npages — 确定该结构体管理的多个页所在的内存，每个页的大小都是 8KB；

freeindex — 扫描页中空闲对象的初始索引；

allocBits 和 gcmarkBits — 分别用于标记内存的占用和回收情况；

allocCache — allocBits 的补码，可以用于快速查找内存中未被使用的内存

结构

mspan

是 Go 语言中的线程缓存，它会与线程上的处理器一一绑定，主要用来缓存用户程序申请的微小对象。每一个线程缓存都持有 68 * 2 个 runtime.mspan，这些内存管理单元都存储在结构体的 alloc 字段中

初始化时是不包含 mspan ，只有当用户程序申请内存时才会从上一级组件获取新的 mspan 满足内存分配的需求。

初始化

当 mcache 中没有找到可用指定跨度的 mspan ，会从 mcentral 中的可用 mspan 将其替换

替换

tiny: 指向堆中的一片内存，tinyOffset

tinyOffset: 是下一个空闲内存所在的偏移量

local_tinyallocs: 会记录内存分配器中分配的对象个数

组成

默认管理16B以下的对象

运行时将小于 16 字节的对象划分为tiny对象，它会使用线程缓存上的tiny分配器提高微对象分配的性能，我们主要使用它来分配较小的字符串以及逃逸的临时变量。tiny分配器可以将多个较小的内存分配请求合入同一个内存块中，只有当内存块中的所有对象都需要被回收时，整片内存才可能被回收.

使用场景

tiny分配器

为什么这里需要分scan跟noscan？

思考

mcache

1. 每个 mcentral 都是一种跨度类型的 mspan的全局后备资源，因此共有 136 个 mcentral；2. 访问中心缓存中的内存管理单元需要使用互斥锁

spanclass:  代表这个mcentral是那种类型的mspan

partial: 代表里面有空闲对象的mspan

full: 代表了没有空闲对象的mspan

调用 runtime.mcentral.partialSwept从清理过的、partial中查找可以使用的msapn；调用 runtime.mcentral.partialUnswept从未被清理过的、partial中查找可以使用的内存管理单元调用 runtime.mcentral.fullUnswept 获取未被清理的、full中获取内存管理单元并通过 runtime.mspan.sweep 清理它的内存空间调用 runtime.mcentral.grow 从堆中申请新的内存管理单元；更新内存管理单元的 allocCache 等字段帮助快速分配内存；

内存分配过程

mcentral

runtime.mheap 是内存分配的核心结构体，Go 语言程序会将其作为全局变量存储，而堆上初始化的所有对象都由该结构体统一管理，该结构体中包含两组非常重要的字段，其中一个是全局的中心缓存列表 central，另一个是管理堆区内存区域的 arenas 以及相关字段

mheap

内存管理组件

memory

Demystifying memory management in modern programming languages

go memory

Visualizing memory management in Golang

go

A visual guide to Go Memory Allocator from scratch (Golang)

golang内存分配

https://www.php.cn/be/go/436885.html

引用

Memory Allocator