Go的内存逃逸

内存逃逸是 Go 语言中一个重要的概念，指的是本应分配在栈上的变量被分配到了堆上。栈上的变量在函数结束后会自动回收，而堆上的变量需要通过垃圾回收（GC）来管理，因此内存逃逸会增加 GC 的压力，影响程序性能。

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1. 什么是内存逃逸？

内存逃逸是指本应分配在栈上的变量，由于某些原因被分配到了堆上。栈上的变量在函数结束后会自动回收，而堆上的变量需要通过垃圾回收（GC）来管理。

栈和堆的区别

• 栈：
  • 分配和回收速度快。
  • 变量生命周期与函数绑定，函数结束后自动回收。
  • 适合存储局部变量和小型数据。
• 堆：
  • 分配和回收速度较慢。
  • 变量生命周期不固定，需要 GC 管理。
  • 适合存储大型数据或需要跨函数共享的数据。

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2. 内存逃逸的影响

内存逃逸会增加 GC 的压力，影响程序性能：

• 性能开销：堆上的变量需要通过 GC 回收，增加了额外的性能开销。
• 延迟增加：GC 的执行可能会导致程序暂停（STW），增加延迟。

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3. 内存逃逸的发生条件

以下是一些常见的内存逃逸场景：

3.1 方法内返回局部变量指针

• 原因：局部变量的指针被返回，导致其生命周期超出函数范围。

package main

import "fmt"

func foo() *int {
    x := 42
    return &x // x 逃逸到堆上
}

func main() {
    p := foo()
    fmt.Println(*p) // 输出: 42
}

3.2 向 channel 发送指针数据

• 原因：指针数据被发送到 channel，可能导致其生命周期超出当前函数。

package main

import "fmt"

func foo(ch chan *int) {
    x := 42
    ch <- &x // x 逃逸到堆上
}

func main() {
    ch := make(chan *int, 1)
    foo(ch)
    p := <-ch
    fmt.Println(*p) // 输出: 42
}

3.3 在闭包中引用包外的值

• 原因：闭包中引用的外部变量需要延长其生命周期。

package main

import "fmt"

func foo() func() int {
    x := 42
    return func() int {
        return x // x 逃逸到堆上
    }
}

func main() {
    f := foo()
    fmt.Println(f()) // 输出: 42
}

3.4 在 slice 或 map 中存储指针

• 原因：slice 或 map 中存储的指针可能导致其生命周期超出当前函数。

package main

import "fmt"

func foo() []*int {
    x := 42
    return []*int{&x} // x 逃逸到堆上
}

func main() {
    s := foo()
    fmt.Println(*s[0]) // 输出: 42
}

3.5 切片（扩容后）长度太大

• 原因：切片扩容后，数据可能被重新分配到堆上。

package main

import "fmt"

func foo() {
    s := make([]int, 0, 10)
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        s = append(s, i) // s 可能逃逸到堆上
    }
    fmt.Println(len(s)) // 输出: 10000
}

func main() {
    foo()
}

3.6 在 interface 类型上调用方法

• 原因：interface 类型的动态分发可能导致变量逃逸。

package main

import "fmt"

type MyInterface interface {
    DoSomething()
}

type MyStruct struct {
    x int
}

func (m *MyStruct) DoSomething() {
    fmt.Println(m.x)
}

func foo() MyInterface {
    x := 42
    return &MyStruct{x} // x 逃逸到堆上
}

func main() {
    obj := foo()
    obj.DoSomething() // 输出: 42
}

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Mermaid 流程图

以下是内存逃逸的流程图：