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go语言内存 go语言内存申请和释放( 三 )

IT技术变量


有了管理内存的基本单位span，还要有个数据结构来管理span ， 这个数据结构叫mcentral ， 各线程需要内存时从mcentral管理的span中申请内存，为了避免多线程申请内存时不断的加锁 ， Golang为每个线程分配了span的缓存 ， 这个缓存即是cache 。src/runtime/mcache.go:mcache定义了cache的数据结构
alloc为mspan的指针数组 ， 数组大小为class总数的2倍 。数组中每个元素代表了一种class类型的span列表，每种class类型都有两组span列表 ， 第一组列表中所表示的对象中包含了指针，第二组列表中所表示的对象不含有指针，这么做是为了提高GC扫描性能 ， 对于不包含指针的span列表 ， 没必要去扫描 。根据对象是否包含指针，将对象分为noscan和scan两类 ， 其中noscan代表没有指针，而scan则代表有指针，需要GC进行扫描 。mcache和span的对应关系如下图所示：
mchache在初始化时是没有任何span的 ， 在使用过程中会动态的从central中获取并缓存下来，跟据使用情况 ， 每种class的span个数也不相同 。上图所示 ， class 0的span数比class1的要多，说明本线程中分配的小对象要多一些 。
cache作为线程的私有资源为单个线程服务，而central则是全局资源，为多个线程服务，当某个线程内存不足时会向central申请，当某个线程释放内存时又会回收进central 。src/runtime/mcentral.go:mcentral定义了central数据结构：
lock: 线程间互斥锁，防止多线程读写冲突
spanclass : 每个mcentral管理着一组有相同class的span列表
nonempty: 指还有内存可用的span列表
empty: 指没有内存可用的span列表
nmalloc: 指累计分配的对象个数线程从central获取span步骤如下：
将span归还步骤如下：
从mcentral数据结构可见，每个mcentral对象只管理特定的class规格的span 。事实上每种class都会对应一个mcentral,这个mcentral的集合存放于mheap数据结构中 。src/runtime/mheap.go:mheap定义了heap的数据结构：
lock： 互斥锁
spans: 指向spans区域，用于映射span和page的关系
bitmap：bitmap的起始地址
arena_start: arena区域首地址
arena_used: 当前arena已使用区域的最大地址
central: 每种class对应的两个mcentral
从数据结构可见，mheap管理着全部的内存 ， 事实上Golang就是通过一个mheap类型的全局变量进行内存管理的 。mheap内存管理示意图如下：
系统预分配的内存分为spans、bitmap、arean三个区域，通过mheap管理起来 。接下来看内存分配过程 。
针对待分配对象的大小不同有不同的分配逻辑：
(0, 16B) 且不包含指针的对象： Tiny分配
(0, 16B) 包含指针的对象：正常分配
[16B, 32KB] : 正常分配
(32KB, -) : 大对象分配其中Tiny分配和大对象分配都属于内存管理的优化范畴，这里暂时仅关注一般的分配方法 。
以申请size为n的内存为例，分配步骤如下：
Golang内存分配是个相当复杂的过程，其中还掺杂了GC的处理 ， 这里仅仅对其关键数据结构进行了说明，了解其原理而又不至于深陷实现细节 。1、Golang程序启动时申请一大块内存并划分成spans、bitmap、arena区域
【go语言内存 go语言内存申请和释放】2、arena区域按页划分成一个个小块 。
3、span管理一个或多个页 。
4、mcentral管理多个span供线程申请使用
5、mcache作为线程私有资源 ， 资源来源于mcentral 。
Golang 1.14中内存分配、清扫和内存回收 Golanggo语言内存的内存分配是由golang runtime完成go语言内存，其内存分配方案借鉴自tcmalloc 。

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