Golang-逃逸分析理解

逃逸分析（Escape analysis）是Golang中一个十分重要的概念。
Golang会在两个地方为变量分配内存，一个是全局的堆（heap）空间用来动态分配内存，另一个是goroutine的栈（stack）空间，由于Golang的内存管理是自动的，开发者并不需要关心内存在堆或栈上分配，但从性能角度出发，在栈或堆上分配内存性能差异十分巨大

逃逸分析指由编译器决定内存分配的位置
    *分配在栈（Stack）中，则函数结束后可自动将内存回收
    *分配在堆（Heap）中，则函数执行结束可交给GC（垃圾回收）处理

程序的执行效率与上述两种分配规则关联紧密
传值与传指针的主要区别在于底层值是否需要拷贝，传指针看似不涉及值的拷贝，效率会更高，但是实际情况是传递指针会涉及到变量逃逸到堆上，同时增加GC的负担

Golang在栈上的开销和回收内存的开销很低，只需要PUSH和POP两个指令，消耗的仅是将数据拷贝至内存的时间

而在堆上分配内存，很大的额外开销就是垃圾回收（GC），Golang使用的垃圾回收机制是标记清楚算法，同时在此基础上使用三色标记法和写屏障技术，以提高效率。

标记清除收集器是跟踪式垃圾收集器，其执行过程可以分成标记（Mark）和清除（Sweep）两个阶段
* 标记阶段-从根对象出发查找并标记堆中所有的存活对象
* 清除阶段-遍历堆中的全部对象，回收未被标记的垃圾对象并将回收的内存加入空闲链表
标记清楚算法的一个典型耗时是在标记期间，需要暂停程序，标记结束之后，用户程序才可以继续执行

逃逸分析不是直接的优化手段，而是通过动态分析对象的作用域，为其它优化手段提供依据的分析技术，逃逸分析是一种确定指针动态范围的静态分析，可以分析在程序的哪些地方可以访问到指针

逃逸类型
*方法逃逸（对象跳出当前方法）
    当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其它地方
*线程逃逸（对象逃出当前线程）
    这个对象甚至可能被其它线程访问到，例如赋值给类变量或可以在其它线程中访问的实例变量

变量逃逸情况：

• 指针逃逸

  • 在函数中创建了一个对象，返回该对象的指针，在该情况下，函数虽然退出，但因为指针的存在，对象的内存不能随着函数结束而回收，只能分配在堆上

• 栈空间不足逃逸

  • 操作系统对内核线程使用的栈空间有大小限制，由于栈空间通常较小，当递归函数实现不当时，容易导致栈溢出。对于Golang，运行时（runtime）尝试在goroutine需要的时候动态地分配栈空间，goroutine的初始栈大小为2KB，当goroutine被调度时，会绑定内核线程执行，栈空间大小也不会超过操作系统的限制，超过一定大小的局部变量将逃逸到堆上

• 动态类型逃逸，函数参数为interface类型

  • 空接口即interface{}可以表示任意类型，当函数参数为interface{}，编辑期间难以确定其参数的具体类型，会发生逃逸

• 闭包引用对象逃逸，其实本质还是共享栈上的值

  • 函数的返回值是一个闭包函数，闭包函数访问外部变量，则外部变量将会一直存在，直到闭包函数销毁，外部变量不能随着函数的退出而回收，逃逸至堆上

    编译时可以借助选项 -gcflags=-m，查看变量逃逸的情况

    可以使用ulimit -a查看机器上栈允许占用的内存的大小

编译器可以通过逃逸分析对代码做如下优化：
（Wekipedia）

• 同步省略或锁消除（Synchronization Elimination），如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步
• 将堆分配转化为栈分配（Stack Allocation），如果一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配
• 分离对象或标量替换（Scalar Replacement），有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中

逃逸分析结论

• 栈上分配内存比在堆中分配内存有更高的效率
• 栈上分配内存不需要GC处理，函数执行后自动回收
• 堆上分配的内存使用完毕后会交给GC处理
• 发生逃逸时，会把栈上申请的内存移动到堆上
• 指针可以减少底层值的拷贝，提高效率，但是会产生逃逸，如果拷贝的数据量小，逃逸造成的负担（堆内存分配+GC回收）会降低效率

• 选择值传递或指针传递关键在于要以变量的大小作为分析指标

  • 一般情况下，对于需要修改原对象值，或占用内存比较大的结构体，选择传指针。对于只读的占用内存较小的结构体，直接传值能够获得更好的性能