【金秋打卡】第2天 GO 的堆内存结构和mspan

课程名称：深入Go底层原理，重写Redis中间件实战

课程章节：9-3,9-4,9-5

课程讲师：Moody

课程内容：

★heapArena

• Go每次申请的虚拟单元为64MB

• 最多有2的22次方 4,194,304 个虚拟内存单元

• 内存单元也叫heapArena

• 所有的heapArena组成了mheap(GO 堆内存)

32位系统给每个进程分配的是4g内存，而64位系统分配的是256T的虚拟内存

 ★如何使用heapArena

• 线性分配

  线性分配器是一种高效的内存分配方式，只需要在内存中维护一个只想内存特定位置的指针，如果用户要内存，就检查剩余空闲内存，返回分配的内存区域并修改指针在内存中的位置。线性内存分配器有较低的实现复杂度，执行速度也很快。但是他无法利用已经分配过的内存。比如在整个“线”上，之前被分配的内存被GC回收释放，但是指针无法返回到被释放的内存位置，导致产生大量的内存碎片。

  
  

        线性分配器的内存碎片是通过定期合并空闲内存来整理的，一定程度上还增加了复杂度

• 空闲链表分配

  空闲链表分配器在线性分配的基础上， 依次遍历空闲内存块，并使用链表存储这些空闲内存的指针。再次使用空闲内存的时候，会遍历这个链表，时间复杂度是O(n)。空闲链表分配器可以选择不同的策略在链表中进行选择:

  ▲首次适应(first-fit)----从链表头部开始遍历，选择第一个空间大于申请内存的内存块

  ▲循环首次适应(next-fit)----从上次遍历结束的位置开始遍历，选第一个空间大于申请内存的内存块

  ▲最优适应(best-fit)----从链表头部开始遍历整个链表,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，每个链表中的内存大小相同，申请内存的时候，先找到满足条件的链表，再从链表中选择合适的内存块，这就非常接近Go的内存分配策略了

• 分级分配

  线程缓存分配--TCMalloc，比glibc的malloc还要快一些。其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。

 ★分级分配

1. runtime.mspan 是go里面内存管理的基本单位，该结构体是可以组成一个链表-->runtime.mSpanList。

   next，prev分别指向前一个mspan和后一个mspan

2. 每个runtime.mspan 都管理着npages 个大小为8kb的页，这些页不是系统的内存页，是go的内存页，大小为系统内存页的整倍数。

   ▲startAddr和npages ----确定该结构体管理的多个页所在内存，每个页的大小都是8k

   ▲freeindex ---- 扫描页中空闲对象的初始索引

   ▲allocBits 和 gcmarkBits ---- 分别用于内存占用（alloc）和 回收（gc）的情况

   ▲allocCache ---- allocBits 的不码，可用于快速查找内存中未被使用的内存

3. 运行时会使用runtime.mSpanStateBox 存储内存管理单元的状态 runtime.mSpanState

   

   状态共有四种mSpanDead、mSpanInUse、mSpanManual 和 mSpanFree,当mSpan处于空闲堆中，就是mSpanFree，当被分配后，状态是mSpanInUse或mSpanManual。运行的时候遵循以下状态：

   ▲在GC任意阶段，可以从mSpanFree转换为mSpanInUse或mSpanManual

   ▲在GC清除阶段，可以从mSpanInUse或mSpanManual转换为mSpanFree

   ▲在GC标记阶段，不能从mSpanInUse或mSpanManual转换为mSpanFree

4. 跨度Class

   runtime.spanClass是mspan的类型，mspan有67+1种类型，每一种类型都会存储特定大小的对象，并包含特定数量的页数。也就是说，mspan会根据需要，切割成67种不同的类型。从8B到32KB。还有一种0类型，主要是用于存储超过32kb的对象。      

   spanClass除了存储类别ID，还会存储一个noscan的标志位，表示是否包含指针，GC会对包含指针的mspan进行扫描。

   spanClass是一个Unit8类型的整数，他的前7位是存储的跨度Class的类型ID，最后一位表示是否包含指针，通过位运算看最后一位是否为1，为1则认为是有指针

     

        这是什么意思呢，意思是需要gc扫描和不需要gc扫描，比如常量就不需要gc扫描

课程收获:

通过学习，明白了go内存分配的mspan的结构