本文转载自微信公众号《Golang梦工厂》，作者AsongGo。转载本文请联系Golang梦工厂公众号。前言大家好，我是asong。最近无聊看Go语言的面试套路，发现面试官都喜欢问内存逃逸的话题。在此总结一下，以供日后参考和学习。什么是内存逃逸？第一次看到这个题目的时候，一头雾水。为什么还有内存逃逸？什么是内存逃逸？接下来我们就来看看什么是内存逃逸。我们都知道程序一般都保存在rom或者Flash中，运行时需要拷贝到内存中执行。内存会分别存储不同的信息。内存空间包含两个最重要的区域：堆区（Stack）和栈区（Heap），对于我这个C语言背景的人来说，我对堆内存和栈内存的理解比较深刻。在C语言中，栈区会存放函数参数、局部变量等，栈的地址是从内存高地址向低地址递增，而堆内存正好相反。堆地址是从内存低地址向高地址递增的，但是如果我们要在堆区分配内存，就需要手动调用malloc函数在堆区申请内存分配，然后就需要使用后手动释放它。如果不释放，会造成内存泄漏。写过C语言的朋友应该知道，C语言函数不能返回局部变量地址（尤其是存放在栈区的局部变量地址），除非是局部静态变量地址、字符串常量地址、动态分配地址。原因是一般的局部变量的作用域只在函数内部，它的存储位置在栈区。当程序调用完函数后，局部变量会随函数一起释放。其地址指向的内容是未知的（原始值可能保持不变，也可能发生变化）。局部静态变量地址和字符串常量地址存放在数据区，动态分配的地址存放在堆区。函数运行后，只会释放栈区的内容，数据区和堆区不会发生变化。所以在C语言中，当我们要在函数中返回局部变量的地址时，有3种正确的方式：返回静态局部变量的地址，返回字符串常量的地址，返回动态分配的地址堆，因为不在栈区，即使函数被释放，其内容也不会受到影响。下面以返回堆上的内存地址为例来看一段代码：#include"stdio.h"#include"stdlib.h"//returnadynamicallyallocatedaddressint*f1(){inta=9;int*pa=(int*)malloc(8);*pa=a;returnpa;}intmain(){int*pb;pb=f1();printf("after:*pb=%d\tpb=%p\n",*pb,pb);free(pb);return1;}通过上面的例子我们知道，C语言中动态内存的分配和释放完全掌握在程序员手中。这会让我们在写程序的时候如履薄冰。好处是我们可以完全控制内存。缺点是我们一不小心就会造成内存泄漏。因此，很多现代语言都有GC机制。Go是一种具有垃圾收集功能的语言。真正解放了我们程序员的双手。我们不需要像写C语言那样去考虑能不能返回局部变量的地址。内存管理交给编译器。编译器会通过逃逸分析合理分配变量来“纠正”。这个地方。说了这么多，我们可以简单总结一下什么是内存逃逸：在程序中，每个函数都会有自己的内存区域，用来存放自己的局部变量、返回地址等，而这些内存会由编译器在栈上分配.每个函数都会分配一个栈帧，并在函数运行后销毁，但是我们要在函数运行后使用一些变量，所以需要把这个变量分配在堆上，这样就出现了逃出“栈”去的现象“堆”变成了内存转义。什么是逃逸分析？以上我们知道什么是内存逃逸。我们先来看看什么是逃逸分析。上面我们提到，C语言使用malloc在堆上动态分配内存后，需要手动调用free释放内存。如果不释放，会造成内存泄漏的风险。Go语言中堆内存的分配和释放完全不需要我们去管理。Go语言引入了GC机制，自动管理位于堆上的对象。当一个对象不可达时（即没有对象引用它时），它就会被回收再利用。虽然GC的引入可以让开发者减轻内存管理的精神负担，但是GC也会给程序带来性能损失。当堆内存中有大量的堆内存对象需要扫描时，会给GC带来过大的压力，虽然Go语言使用了mark-clear算法，并在此基础上提出了三色标记法和writebarrier技术是用来提高效率的，但是如果我们的程序仍然在堆上分配大量的内存，这种依赖会造成GC不可忽视的压力。因此，为了减少GC带来的压力，Go语言引入了逃逸分析，即思想是尽量减少堆上的内存分配，把能分配到栈上的变量留在栈上越多越好。总结逃逸分析：逃逸分析是指在编译阶段，根据代码中的数据流，静态分析代码中哪些变量需要分配在栈上，哪些变量需要分配在堆上的方法。与栈相比，堆适合于不可预测大小的内存分配。但是你为此付出的代价是更慢的分配和内存碎片。栈内存分配会很快。栈分配内存只需要两条CPU指令：“PUSH”和“RELEASE”，分配和释放；而堆分配的内存首先需要找到合适大小的内存块，然后通过垃圾回收释放。因此，逃逸分析可以实现更好的内存分配，提高程序的运行速度。Go语言的逃逸分析Go语言的逃逸分析一共实现了两个版本：1.13版本之前是第一个版本1.13版本之后是第二版本粗略看下逃逸分析的代码，大概有1500+行（go1.15.7）。我没有仔细看代码，但是我仔细看了注释。评论还是很详细的。代码路径：src/cmd/compile/internal/gc/escape.go，注释可自行阅读，其逃逸分析原理如下：栈对象的指针不能存入堆：指向a的指针stackobjectcannotbestoredintheheappointerstoastackobjectcannotliveoutlivethatobject:pointerstoastackobjectcannotoutlivethatobject,也就是说指针不能在被销毁的堆栈对象中存活。（例子：声明的函数返回并销毁对象的栈帧，或者在循环迭代中为逻辑上不同的变量复用）我们大概知道它的分析标准是什么，以及如何进行逃逸分析了，有兴趣的同学可以自己动手自己研究基于源代码。由于逃逸分析是在编译阶段进行的，所以我们可以通过gobuild-gcflags'-m-m-l'命令查看逃逸分析的结果，我们在分析内联优化时使用的-gcflags'-m-m'，可以看到所有的编译器优化，这里使用-l禁用内联优化，只关注逃逸优化。既然我们也知道了逃逸分析，那么我们来看几个逃逸分析的例子。逃逸分析的几个例子1.函数返回一个局部指针变量先看例子：#include"stdio.h"#include"stdlib.h"//返回动态分配的地址int*f1(){inta=9;int*pa=(int*)malloc(8);*pa=a;returnpa;}intmain(){int*pb;pb=f1();printf("after:*pb=%d\tpb=%p\n",*pb,pb);free(pb);return1;}查看逃逸分析结果：gobuild-gcflags="-m-m-l"./test1.go#command-line-arguments./test1.go:6:9:&resescapestoheap./test1.go:6:9:from~r2(return)at./test1.go:6:2./test1.go:4:2:movedtoheap:res分析结果很清楚，函数返回的局部变量是指针变量。当函数Add执行时，对应的栈帧会被销毁，但是函数外已经返回引用了。如果我们从外部对该地址进行解引用，就会导致程序访问到非法内存，就像上面C语言的例子一样，所以编译器在逃逸分析后，会在堆上分配内存。2、看一个接口类型逃逸的例子：funcmain(){str:="asongissocool"fmt.Printf("%v",str)}查看逃逸分析结果：gobuild-gcflags="-m-m-l"./test2.go#command-line-arguments./test2.go:9:13:strescapestoheap./test2.go:9:13:from...argument(argto...)at./test2.go:9:13./test2.go:9:13:from*(...argument)(间接)at./test2.go:9:13./test2.go:9:13:from...argument(passedtocall[argumentcontentescapes])at./test2.go:9:13./test2.go:9:13:main...argumentdoesnotescapestr是main函数中的局部变量，传给fmt.Println()后转义function，这是因为fmt.Println()函数的入参是interface{}类型。如果函数参数是interface{}，编译时很难确定其参数的具体类型，也会发送escape。观察这个分析的结果，我们可以看到并没有movedtoheap:str，也就是说str变量并没有分配到堆上，而是它存储的值逃逸到了堆上，也就是任何引用的对象str必须分配在堆上。如果我们把代码改成这样：funcmain(){str:="asongissohandsome"fmt.Printf("%p",&str)}查看逃逸分析结果：gobuild-gcflags="-m-m-l"./test2.go#command-line-arguments./test2.go:9:18:&strescapestoheap./test2.go:9:18:from...argument(argto...)at./test2.go:9:12./test2.go:9:18:from*(...argument)(间接)在./test2.go:9:12./test2.go:9:18:from...argument(passedtocall[argumentcontentescapes])在./test2.go:9:12./test2.go:9:18:&strescapestoheap./test2.go:9:18:from&str(interface-converted)at./test2.go:9:18。/test2.go:9:18:from...argument(argto...)at./test2.go:9:12./test2.go:9:18:from*(...argument)(间接)at./test2.go:9:12./test2.go:9:18:from...argument(passedtocall[argumentcontentescapes])at./test2.go:9:12./test2.go:8:2:movedtoheap:str./test2.go:9:12:main...argumentdoesnotescape这次str也逃逸到堆上，在堆上分配内存。这是因为我们访问的是str的地址，因为入参是接口类型，所以将变量str的地址作为实参传递给fmt.Printf，然后装箱到一个interface{}参数变量中。装箱参数变量的值必须分配在堆上，但是一个栈上的地址，也就是str的地址，堆上的对象不能存放栈上的地址，所以str同样逃逸到堆上，在堆上分配内存（这里注意一个知识点：Go语言的参数传递只传值）3.转义funcIncrease()func()int{n:=0returnfunc()int{n++returnn}}funcmain(){in由闭包生成:=Increase()fmt.Println(in())//1}查看逃逸分析结果：gobuild-gcflags="-m-m-l"./test3.go#command-line-arguments./test3.go:10:3:Increase.func1capturingbyref:n(addr=trueassign=truewidth=8)./test3.go:9:9:funcliteralescapestoheap./test3.go:9:9:from~r0(assigned)at./test3.go:7:17./test3.go:9:9:funcliteralescapestoheap./test3.go:9:9:from&(funcliteral)(address-of)at./test3.go:9:9./test3.go:9:9:from~r0(assigned)at./test3.go:7:17./test3.go:10:3:&nescapestoheap./test3.go:10:3:fromfuncliteral(capturedbyaclosure)at./test3.go:9:9./test3.go:10:3:from&(funcliteral)(address-of)at./test3.go:9:9./test3.go:10:3:from~r0(分配）在。/test3.go:7:17./test3.go:8:2:movedtoheap:n./test3.go:17:16:in()escapestoheap./test3.go:17:16:from...参数(argto...)at./test3.go:17:13./test3.go:17:16:from*(...argument)(indirection)at./test3.go:17:13./test3.go:17:16:从...argument(passedtocall[argumentcontentescapes])at./test3.go:17:13./test3.go:17:13:main...argumentdoesnotescape因为函数也是指针类型，匿名函数作为返回值转义，在匿名函数中使用外部变量n，这个变量n一直存在直到in被销毁，所以n变量转义到堆中4.变量大小不确定，栈空间不足导致逃逸。我们先用ulimit-a查看操作系统的栈空间：ulimit-a-t:cputime(seconds)unlimited-f:filesize(blocks)unlimited-d:datasegsize(kbytes)unlimited-s:stacksize(kbytes)8192-c:corefilesize(blocks)0-v:addressspace(kbytes)unlimited-l:locked-in-memorysize(kbytes)unlimited-u:processes2784-n:filedescriptors256我电脑的栈空间大小是8192，所以我们写个测试基于此的案例：packagemainimport("math/rand")funcLessThan8192(){nums:=make([]int,100)//=64KBfori:=0;i
