参考:
https://www.cnblogs.com/shijingxiang/articles/12200355.html
原文:
https://www.ardanlabs.com/blog/2017/05/language-mechanics-on-escape-analysis.html
翻译:
https://blog.csdn.net/weixin_38975685/article/details/79788254
关键点
变量是分配到栈,还是堆,
是谁
来决定?---> 只能通过自己的代码方式变量的类型,不能 决定是
分配到栈
,还是分配到堆的
,即使是指针
也不一定分配到堆
&
符号,表示 变量的共享,或者说内存的共享(很重要,记住
,其他知识点,作为了解就可以了)-
&
使用这个,增加 代码的可读性
,如- ruturn &ptr, 很明显,这个返还的是
地址
- var ptr *int , return ptr, 有的时候,从字面看不出来,意义。
- ruturn &ptr, 很明显,这个返还的是
1、介绍
在四部分系列的第一部分,我用一个将值共享给 goroutine 栈的例子介绍了指针结构的基础。而我没有说的是值存在栈之上的情况。
为了理解这个,你需要学习值存储的另外一个位置:堆。有这个基础,就可以开始学习逃逸分析。
逃逸分析
是编译器
用来决定你的程序中值的位置的过程。
特别地,编译器执行静态代码分析,以确定一个构造体的实例化值是否会逃逸到堆。
在 Go 语言中,你没有可用的关键字或者函数,能够直接
让编译器
做这个决定。
只能够通过你写代码的方式
来作出这个决定
。
2、堆 Heaps
堆是内存的第二区域,除了栈之外,用来存储值的地方。
堆无法像栈一样能自清理,所以使用这部分内存会造成很大的开销(相比于使用栈)。
重要的是,开销跟 GC(垃圾收集),即被牵扯进来保证这部分区域干净的程序,有很大的关系。
当垃圾收集程序运行时,它会占用你的可用 CPU 容量的 25%。更有甚者,它会造成微秒级的 “stop the world” 的延时。
拥有 GC 的好处是你可以不再关注堆内存的管理,这部分很复杂,是历史上容易出错的地方。
在 Go 中,会将一部分值分配到堆上。这些分配给 GC 带来了压力,因为堆上没有被指针索引的值都需要被删除。
越多需要被检查和删除的值,会给每次运行 GC 时带来越多的工作。
所以,分配算法不断地工作,以平衡堆的大小和它运行的速度。
3、共享栈 Sharing Stacks
在 Go 语言中,不允许 goroutine 中的指针指向另外一个 goroutine 的栈。这是因为当栈增长或者收缩时,goroutine 中的栈内存会被一块新的内存替换。
如果运行时需要追踪指针指向其他的 goroutine 的栈,就会造成非常多需要管理的内存,以至于更新指向那些栈的指针将使 “stop the world” 问题更严重。
这里有一个栈被替换好几次的例子。看输出的第 2 和第 6 行。你会看到 main 函数中的栈的字符串地址值改变了两次。
https://play.golang.org/p/pxn5u4EBSI
4、逃逸机制 Escape Mechanics
任何时候,一个值被分享到函数栈帧范围之外,它都会在堆上
被重新分配
。
这是逃逸分析算法发现这些情况和管控这一层的工作。
(内存的)完整性在于确保对任何值的访问始终是准确、一致和高效的。
通过查看这个语言机制了解逃逸分析。
https://play.golang.org/p/Y_VZxYteKO
4.1、表1
1: package main
2:
3: type user struct {
4: name string
5: email string
6: }
7:
8: func main() {
9: u1 := createUserV1()
10: u2 := createUserV2()
11:
12: println("u1", &u1, "u2", &u2)
13: }
14:
15: //go:noinline
16: func createUserV1() user {
17: u := user{
18: name: "Bill",
19: email: "[email protected]",
20: }
21:
22: println("V1", &u)
23: return u
24: }
25:
26: //go:noinline
27: func createUserV2() *user {
28: u := user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", &u)
34: return &u
35: }
我使用 go:noinline 指令,阻止在 main 函数中,编译器使用内联代码替代函数调用。内联(优化)会使函数调用消失,并使例子复杂化。
我将在下一篇博文介绍内联造成的副作用。
在表 1 中,你可以看到创建 user 值,并返回给调用者的两个不同的函数。在函数版本 1 中,返回值。
4.2、表 2
16: func createUserV1() user {
17: u := user{
18: name: "Bill",
19: email: "[email protected]",
20: }
21:
22: println("V1", &u)
23: return u
24: }
我说这个函数返回的是值是因为这个被函数创建的 user 值被拷贝并传递到调用栈上。
这意味着调用函数接收到的是这个值的拷贝
。
你可以看下第 17 行到 20 行 user 值被构造的过程。然后在第 23 行,user 值的副本被传递到调用栈并返回给调用者。函数返回后,栈看起来如下所示。
4.3、表 3
27: func createUserV2() *user {
28: u := user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", &u)
34: return &u
35: }
我说这个函数返回的是指针
是因为这个被函数创建的 user 值通过调用栈被共享
了。
这意味着调用函数接收到一个值的地址拷贝
。
你可以看到在第 28 行到 31 行使用相同的字段值来构造 user 值,但在第 34 行返回时却是不同的。
不是将 user 值的副本传递到调用栈,而是将 user 值的地址传递到调用栈。基于此,你也许会认为栈在调用之后是这个样子。
如果看到的图 2 真的发生的话,你将遇到一个问题。指针指向了栈下的无效地址空间
。
当 main 函数调用下一个函数,指向的内存将重新映射并将被重新初始化。
这就是逃逸分析将开始保持完整性的地方。在这种情况下,编译器将检查到,在 createUserV2 的(函数)栈中构造 user 值是不安全的,因此,替代地,会在堆中构造(相应的)值。
这(个分析并处理的过程)将在第 28 行构造时立即发生。
5、可读性
在上一篇博文中,我们知道一个函数只能直接访问它的(函数栈)空间,或者通过(函数栈空间内的)指针,通过跳转访问(函数栈空间外的)外部内存。这意味着访问逃逸到堆上的值也需要通过指针跳转。
记住 createUserV2 的代码的样子
27: func createUserV2() *user {
28: u := user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", &u)
34: return &u
35: }
语法隐藏了代码中真正发生的事情。
第 28 行声明的变量 u 代表一个 user 类型的值。
Go 代码中的类型构造
不会告诉你值
在内存中的位置
。
所以直到第 34 行返回类型时,你才知道值需要逃逸(处理)。
这意味着,虽然 u 代表类型 user 的一个值,但对该值的访问必须通过指针进行。
你可以在函数调用之后,看到堆栈就像(图 3)这样。
在 createUserV2 函数栈中,变量 u 代表的值存在于堆中,而不是栈。这意味着用 u 访问值时,使用指针访问而不是直接访问。
你可能想,为什么不让 u 成为指针,毕竟访问它代表的值需要使用指针?
5.1、表 5
27: func createUserV2() *user {
28: u := &user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", u)
34: return u
35: }
如果你这样做,将使你的代码缺乏重要的可读性。(让我们)离开整个函数一秒,只关注 return。
5.2、表 6
34: return u
35: }
这个 return 告诉你什么了呢?
它说明了返回 u 值的副本
给调用栈
。然而,当你使用 & 操作符,return 又告诉你什么了呢?
5.3、表 7
34: return &u
35: }
多亏了 & 操作符,return 告诉你 u 被分享给调用者,因此,已经逃逸到堆中。
记住,当你读代码的时候,指针是为了共享
,& 操作符对应单词 “sharing”
。
这在提高可读性的时候非常有用,这(也)是你不想失去的部分。
5.4、表 8
01 var u *user
02 err := json.Unmarshal([]byte(r), &u)
03 return u, err
为了让其可以工作,你一定要通过共享指针变量(的方式)给(函数) json.Unmarshal。json.Unmarshal 调用时会创建 ***user 值并将其地址赋值给指针变量。https://play.golang.org/p/koI8EjpeIx
代码解释:
01:创建一个类型为 user,值为空的指针。
02:跟函数 json.Unmarshal 函数共享指针。
03:返回 u 的副本给调用者。
这里并不是很好理解,user值被 json.Unmarshal 函数创建,并被共享给调用者。
如何在构造过程中使用语法语义来改变可读性?
5.5、表 9(比较重要,涉及到以后,是声明变量
,还是指针变量
)
01 var u user
02 err := json.Unmarshal([]byte(r), &u)
03 return &u, err
代码解释:
01:创建一个类型为 user,值为空的变量。
02:跟函数 json.Unmarshal 函数共享 u。
03:跟调用者共享 u。
这里非常好理解。第 02 行共享 user 值到调用栈中的 json.Unmarshal,在第 03 行 user 值共享给调用者。这个共享过程将会导致 user 值逃逸。
在构建一个值时,使用值语义,并利用 & 操作符的可读性来明确值是如何被共享的。
6、编译器报告 Compiler Reporting
想查看编译器(关于逃逸分析)的决定,你可以让编译器提供一份报告。
你只需要在调用 go build 的时候,打开 -gcflags 开关,并带上 -m 选项。
实际上总共可以使用 4 个 -m,(但)超过 2 个级别的信息就已经太多了。我将使用 2 个 -m 的级别。
6.1、表10
$ go build -gcflags "-m -m"
./main.go:16: cannot inline createUserV1: marked go:noinline
./main.go:27: cannot inline createUserV2: marked go:noinline
./main.go:8: cannot inline main: non-leaf function
./main.go:22: createUserV1 &u does not escape
./main.go:34: &u escapes to heap
./main.go:34: from ~r0 (return) at ./main.go:34
./main.go:31: moved to heap: u
./main.go:33: createUserV2 &u does not escape
./main.go:12: main &u1 does not escape
./main.go:12: main &u2 does not escape
你可以看到编译器报告是否需要逃逸处理的决定。编译器都说了什么呢?
请再看一下引用的 createUserV1 和 createUserV2 函数。
6.2、表 11
16: func createUserV1() user {
17: u := user{
18: name: "Bill",
19: email: "[email protected]",
20: }
21:
22: println("V1", &u)
23: return u
24: }
25:
26: //go:noinline
27: func createUserV2() *user {
28: u := user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", &u)
34: return &u
35: }
从报告中的这一行开始。
6.3、表 12
./main.go:22: createUserV1 &u does not escape
这是说在函数 createUserV1 调用 println 不会造成 user 值逃逸到堆。
这是必须检查的,因为它将会跟函数 println 共享(u)。
接下来看报告中的这几行。
6.4、表 13
./main.go:34: &u escapes to heap
./main.go:34: from ~r0 (return) at ./main.go:34
./main.go:31: moved to heap: u
./main.go:33: createUserV2 &u does not escape
这几行是说,类型为 user,并在第 31 行被赋值的 u 的值,因为第 34 行的 return 逃逸。最后一行是说,跟之前一样,在 33 行调用 println 不会造成 user 值逃逸。
阅读这些报告可能让人感到困惑,(编译器)会根据所讨论的变量的类型是基于值类型还是指针类型而略有变化。
将 u 改为指针类型的 *user,而不是之前的命名类型 user。
6.5、表 14
27: func createUserV2() *user {
28: u := &user{
29: name: "Bill",
30: email: "[email protected]",
31: }
32:
33: println("V2", u)
34: return u
35: }
再次生成报告。
6.6、表 15
./main.go:30: &user literal escapes to heap
./main.go:30: from u (assigned) at ./main.go:28
./main.go:30: from ~r0 (return) at ./main.go:34
现在报告说在 28 行赋值的指针类型 *user,u 引用的 user 值,因为 34 行的 return 逃逸。
7、结论
值在构建时并不能决定它将存在于哪里。只有当一个值被共享,编译器才能决定如何处理这个值。当你在调用时,共享了栈上的一个值时,它就会逃逸。在下一篇中你将探索一个值逃逸的其他原因。
这些文章试图引导你选择给定类型的值或指针的指导原则。每种方式都有(对应的)好处和(额外的)开销。保持在栈上的值,减少了 GC 的压力。但是需要存储,跟踪和维护不同的副本。将值放在堆上的指针,会增加 GC 的压力。然而,也有它的好处,只有一个值需要存储,跟踪和维护。(其实,)最关键的是如何保持正确地、一致地以及均衡(开销)地使用。