Go语言高性能编程 (6) 编译优化——逃逸分析

栈和堆

Golang 程序会在两个地方分配内存：每一个 goroutine 的栈和全局堆。但是垃圾回收机制在栈和堆上的性能差异非常大：

• 在栈上分配时，函数执行结束时自动回收。在栈上分配和回收内存的开销很低，只需要 2 个 CPU 指令：PUSH 和 POP。
• 在堆上分配时，在某个时间点上利用垃圾回收机制进行回收。在堆上分配内存，一个很大的额外开销则是垃圾回收，需要经过垃圾回收算法的计算才能回收堆上的对象。

逃逸分析

在函数内部声明变量时，需要知道这个变量分配在栈上还是堆上。

编译器决定内存分配位置的方式，就称之为逃逸分析。逃逸分析由编译器完成，作用于编译阶段。

发生场景

发生逃逸分析的场景：

• 指针逃逸
• interface{} 动态类型逃逸
• 栈空间不足
• 闭包

指针逃逸

这是最常见，也是最好理解的情况。

当函数返回指针时，这种情况下，函数虽然退出了，但是因为指针的存在，对象的内存不能随着函数结束而回收，这个指针所指向的变量就需要分配在堆空间上。

interface{} 逃逸

Golang 中空接口可以表示任意类型，如果函数的参数类型为空接口类型，因为编译期间很难确定其参数的具体类型（是否是指针还未知），也会发生逃逸。

栈空间不足

操作系统对内核线程使用的栈空间是有大小限制的，当 goroutine 被调度时会绑定一个内核级线程去执行，所以 goroutine 的栈空间大小不能超过操作系统的限制。

对 Go 编译器而言，超过一定大小（或者无法确定大小，如切片）的局部变量将逃逸到堆上。

闭包

因为闭包函数可以引用函数体之外的变量，所以在闭包函数内引用的变量也会逃逸分析到堆上。

如：Increase 函数内部有一个闭包函数引用了外部变量 n，所以 n 不能因为闭包函数的退出而被销毁，所以 n 被分配在了堆上。当 in 对象被销毁时，n 才会被销毁。

func Increase() func() int {
	n := 0
	return func() int {
		n++
		return n
	}
}

func main() {
	in := Increase()
	fmt.Println(in()) // 1
	fmt.Println(in()) // 2
}

传值 vs 传指针

传值会拷贝整个对象，而传指针只会拷贝指针地址，指向的对象是同一个。传指针可以减少值的拷贝，但是会导致内存分配逃逸到堆中，增加垃圾回收的负担。

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。