go語言變量逃逸 go 變量逃逸

Go語言變量的作用域

2021-10-22

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每一個變量（常量、類型或函數(shù)）在程序中都有一定的作用范圍。稱之為作用域。

Go語言在編譯時會檢查每一個變量是否使用過，未使用過的變量就會編譯錯誤。

根據(jù)變量定義位置的不同，可以分為以下三個類型：

在函數(shù)體內(nèi)被聲明的變量稱之為局部變量，作用在函數(shù)體內(nèi)，函數(shù)的參數(shù)和返回值變量都屬于局部變量。局部變量不會一直存在，在函數(shù)被調(diào)用時存在，函數(shù)調(diào)用結束后變量就會被銷毀，即生命周期。

例子：其中a、b均為局部變量，只會在main函數(shù)內(nèi)有效

在函數(shù)體外被聲明的變量稱之為全局變量，作用于所有源文件。不包含這個全局變量的源文件需要使用"import"關鍵字引入全局變量所在的源文件之后才能使用這個全局變量。

全局變量聲明必須以 var 關鍵字開頭，如果想要在外部包中使用全局變量的首字母必須大寫。

例如：global為全局在main2和main函數(shù)中都能使用

函數(shù)名后面的小括號里定義的變量, 用于接受來自調(diào)用函數(shù)的參數(shù)。用于接收調(diào)用該函數(shù)時傳入的參數(shù)。

例如：下面的例子中，第十七行a、b為sum函數(shù)定義的形參，用于傳入main函數(shù)中的AF、BF

Go 語言內(nèi)存管理（三）：逃逸分析

Go 語言較之 C 語言一個很大的優(yōu)勢就是自帶 GC 功能，可 GC 并不是沒有代價的。寫 C 語言的時候，在一個函數(shù)內(nèi)聲明的變量，在函數(shù)退出后會自動釋放掉，因為這些變量分配在棧上。如果你期望變量的數(shù)據(jù)可以在函數(shù)退出后仍然能被訪問，就需要調(diào)用 malloc 方法在堆上申請內(nèi)存，如果程序不再需要這塊內(nèi)存了，再調(diào)用 free 方法釋放掉。Go 語言不需要你主動調(diào)用 malloc 來分配堆空間，編譯器會自動分析，找出需要 malloc 的變量，使用堆內(nèi)存。編譯器的這個分析過程就叫做逃逸分析。

所以你在一個函數(shù)中通過 dict := make(map[string]int) 創(chuàng)建一個 map 變量，其背后的數(shù)據(jù)是放在棧空間上還是堆空間上，是不一定的。這要看編譯器分析的結果。

可逃逸分析并不是百分百準確的，它有缺陷。有的時候你會發(fā)現(xiàn)有些變量其實在棧空間上分配完全沒問題的，但編譯后程序還是把這些數(shù)據(jù)放在了堆上。如果你了解 Go 語言編譯器逃逸分析的機制，在寫代碼的時候就可以有意識地繞開這些缺陷，使你的程序更高效。

Go 語言雖然在內(nèi)存管理方面降低了編程門檻，即使你不了解堆棧也能正常開發(fā)，但如果你要在性能上較真的話，還是要掌握這些基礎知識。

這里不對堆內(nèi)存和棧內(nèi)存的區(qū)別做太多闡述。簡單來說就是， 棧分配廉價，堆分配昂貴。 棧空間會隨著一個函數(shù)的結束自動釋放，堆空間需要時間 GC 模塊不斷地跟蹤掃描回收。如果對這兩個概念有些迷糊，建議閱讀下面 2 個文章：

這里舉一個小例子，來對比下堆棧的差別：

stack 函數(shù)中的變量 i 在函數(shù)退出會自動釋放；而 heap 函數(shù)返回的是對變量 i 的引用，也就是說 heap() 退出后，表示變量 i 還要能被訪問，它會自動被分配到堆空間上。

他們編譯出來的代碼如下：

邏輯的復雜度不言而喻，從上面的匯編中可看到， heap() 函數(shù)調(diào)用了 runtime.newobject() 方法，它會調(diào)用 mallocgc 方法從 mcache 上申請內(nèi)存，申請的內(nèi)部邏輯前面文章已經(jīng)講述過。堆內(nèi)存分配不僅分配上邏輯比棧空間分配復雜，它最致命的是會帶來很大的管理成本，Go 語言要消耗很多的計算資源對其進行標記回收（也就是 GC 成本）。

Go 編輯器會自動幫我們找出需要進行動態(tài)分配的變量，它是在編譯時追蹤一個變量的生命周期，如果能確認一個數(shù)據(jù)只在函數(shù)空間內(nèi)訪問，不會被外部使用，則使用棧空間，否則就要使用堆空間。

我們在 go build 編譯代碼時，可使用 -gcflags '-m' 參數(shù)來查看逃逸分析日志。

以上面的兩個函數(shù)為例，編譯的日志輸出是：

日志中的 i escapes to heap 表示該變量數(shù)據(jù)逃逸到了堆上。

需要使用堆空間，所以逃逸，這沒什么可爭議的。但編譯器有時會將 不需要 使用堆空間的變量，也逃逸掉。這里是容易出現(xiàn)性能問題的大坑。網(wǎng)上有很多相關文章，列舉了一些導致逃逸情況，其實總結起來就一句話：

多級間接賦值容易導致逃逸 。

這里的多級間接指的是，對某個引用類對象中的引用類成員進行賦值。Go 語言中的引用類數(shù)據(jù)類型有 func , interface , slice , map , chan , *Type(指針) 。

記住公式 Data.Field = Value ，如果 Data , Field 都是引用類的數(shù)據(jù)類型，則會導致 Value 逃逸。這里的等號 = 不單單只賦值，也表示參數(shù)傳遞。

根據(jù)公式，我們假設一個變量 data 是以下幾種類型，相應的可以得出結論：

下面給出一些實際的例子：

如果變量值是一個函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)又是引用類型，則傳遞給它的參數(shù)都會逃逸。

上例中 te 的類型是 func(*int) ，屬于引用類型，參數(shù) *int 也是引用類型，則調(diào)用 te(j) 形成了為 te 的參數(shù)(成員) *int 賦值的現(xiàn)象，即 te.i = j 會導致逃逸。代碼中其他幾種調(diào)用都沒有形成 多級間接賦值 情況。

同理，如果函數(shù)的參數(shù)類型是 slice , map 或 interface{} 都會導致參數(shù)逃逸。

匿名函數(shù)的調(diào)用也是一樣的，它本質(zhì)上也是一個函數(shù)變量。有興趣的可以自己測試一下。

只要使用了 Interface 類型(不是 interafce{} )，那么賦值給它的變量一定會逃逸。因為 interfaceVariable.Method() 先是間接的定位到它的實際值，再調(diào)用實際值的同名方法，執(zhí)行時實際值作為參數(shù)傳遞給方法。相當于 interfaceVariable.Method.this = realValue

向 channel 中發(fā)送數(shù)據(jù)，本質(zhì)上就是為 channel 內(nèi)部的成員賦值，就像給一個 slice 中的某一項賦值一樣。所以 chan *Type , chan map[Type]Type , chan []Type , chan interface{} 類型都會導致發(fā)送到 channel 中的數(shù)據(jù)逃逸。

這本來也是情理之中的，發(fā)送給 channel 的數(shù)據(jù)是要與其他函數(shù)分享的，為了保證發(fā)送過去的指針依然可用，只能使用堆分配。

可變參數(shù)如 func(arg ...string) 實際與 func(arg []string) 是一樣的，會增加一層訪問路徑。這也是 fmt.Sprintf 總是會使參數(shù)逃逸的原因。

例子非常多，這里不能一一列舉，我們只需要記住分析方法就好，即，2 級或更多級的訪問賦值會 容易 導致數(shù)據(jù)逃逸。這里加上 容易 二字是因為隨著語言的發(fā)展，相信這些問題會被慢慢解決，但現(xiàn)階段，這個可以作為我們分析逃逸現(xiàn)象的依據(jù)。

下面代碼中包含 2 種很常規(guī)的寫法，但他們卻有著很大的性能差距，建議自己想下為什么。

Benchmark 和 pprof 給出的結果:

熟悉堆棧概念可以讓我們更容易看透 Go 程序的性能問題，并進行優(yōu)化。

多級間接賦值會導致 Go 編譯器出現(xiàn)不必要的逃逸，在一些情況下可能我們只需要修改一下數(shù)據(jù)結構就會使性能有大幅提升。這也是很多人不推薦在 Go 中使用指針的原因，因為它會增加一級訪問路徑，而 map , slice , interface{} 等類型是不可避免要用到的，為了減少不必要的逃逸，只能拿指針開刀了。

大多數(shù)情況下，性能優(yōu)化都會為程序帶來一定的復雜度。建議實際項目中還是怎么方便怎么寫，功能完成后通過性能分析找到瓶頸所在，再對局部進行優(yōu)化。

什么是逃逸分析？

在C語言中，可以使用malloc和free手動在堆上分配和回收內(nèi)存。Go語言中，堆內(nèi)存是通過垃圾回收機制自動管理的，無需開發(fā)者指定。那么，Go編譯器怎么知道某個變量需要分配在棧上，還是堆上呢？編譯器決定內(nèi)存分配位置的方式，就稱之為逃逸分析(escape analysis)。逃逸分析由編譯器完成，作用于編譯階段。

Go切片數(shù)組深度解析

Go 中的分片數(shù)組，實際上有點類似于Java中的ArrayList,是一個可以擴展的數(shù)組，但是Go中的切片由比較靈活，它和數(shù)組很像，也是基于數(shù)組，所以在了解Go切片前我們先了解下數(shù)組。

數(shù)組簡單描述就由相同類型元素組成的數(shù)據(jù)結構, 在創(chuàng)建初期就確定了長度，是不可變的。

但是Go的數(shù)組類型又和C與Java的數(shù)組類型不一樣， NewArray 用于創(chuàng)建一個數(shù)組，從源碼中可以看出最后返回的是 Array{}的指針，并不是第一個元素的指針，在Go中數(shù)組屬于值類型，在進行傳遞時，采取的是值傳遞，通過拷貝整個數(shù)組。Go語言的數(shù)組是一種有序的struct。

Go 語言的數(shù)組有兩種不同的創(chuàng)建方式，一種是顯示的初始化，一種是隱式的初始化。

注意一定是使用 [...]T 進行創(chuàng)建，使用三個點的隱式創(chuàng)建，編譯器會對數(shù)組的大小進行推導，只是Go提供的一種語法糖。

其次，Go中數(shù)組的類型，是由數(shù)值類型和長度兩個一起確定的。[2]int 和 [3]int 不是同一個類型，不能進行傳參和比較，把數(shù)組理解為類型和長度兩個屬性的結構體，其實就一目了然了。

Go中的數(shù)組屬于值類型，通常應該存儲于棧中，局部變量依然會根據(jù)逃逸分析確定存儲棧還是堆中。

編譯器對數(shù)組函數(shù)中做兩種不同的優(yōu)化：

在靜態(tài)區(qū)完成賦值后復制到棧中。

總結起來，在不考慮逃逸分析的情況下，如果數(shù)組中元素的個數(shù)小于或者等于 4 個，那么所有的變量會直接在棧上初始化，如果數(shù)組元素大于 4 個，變量就會在靜態(tài)存儲區(qū)初始化然后拷貝到棧上。

由于數(shù)組是值類型，那么賦值和函數(shù)傳參操作都會復制整個數(shù)組數(shù)據(jù)。

不管是賦值或函數(shù)傳參，地址都不一致，發(fā)生了拷貝。如果數(shù)組的數(shù)據(jù)較大，則會消耗掉大量內(nèi)存。那么為了減少拷貝我們可以主動的傳遞指針呀。

地址是一樣的，不過傳指針會有一個弊端，從打印結果可以看到，指針地址都是同一個，萬一原數(shù)組的指針指向更改了，那么函數(shù)里面的指針指向都會跟著更改。

同樣的我們將數(shù)組轉換為切片，通過傳遞切片，地址是不一樣的，數(shù)組值相同。

切片是引用傳遞，所以它們不需要使用額外的內(nèi)存并且比使用數(shù)組更有效率。

所以，切片屬于引用類型。

通過這種方式可以將數(shù)組轉換為切片。

中間不加三個點就是切片,使用這種方式創(chuàng)建切片，實際上是先創(chuàng)建數(shù)組，然后再通過第一種方式創(chuàng)建。

使用make創(chuàng)建切片，就不光編譯期了，make創(chuàng)建切片會涉及到運行期。1. 切片的大小和容量是否足夠小；

切片是否發(fā)生了逃逸，最終在堆上初始化。如果切片小的話會先在棧或靜態(tài)區(qū)進行創(chuàng)建。

切片有一個數(shù)組的指針，len是指切片的長度, cap指的是切片的容量。

cap是在初始化切片是生成的容量。

發(fā)現(xiàn)切片的結構體是數(shù)組的地址指針array unsafe.Pointer，而Go中數(shù)組的地址代表數(shù)組結構體的地址。

slice 中得到一塊內(nèi)存地址，array[0]或者unsafe.Pointer(array[0])。

也可以通過地址構造切片

nil切片：指的unsafe.Pointer 為nil

空切片：

創(chuàng)建的指針不為空，len和cap為空

當一個切片的容量滿了，就需要擴容了。怎么擴，策略是什么？

如果原來數(shù)組切片的容量已經(jīng)達到了最大值，再想擴容， Go 默認會先開一片內(nèi)存區(qū)域，把原來的值拷貝過來，然后再執(zhí)行 append() 操作。這種情況對現(xiàn)數(shù)組的地址和原數(shù)組地址不相同。

從上面結果我們可以看到，如果用 range 的方式去遍歷一個切片，拿到的 Value 其實是切片里面的值拷貝,即淺拷貝。所以每次打印 Value 的地址都不變。

由于 Value 是值拷貝的，并非引用傳遞，所以直接改 Value 是達不到更改原切片值的目的的，需要通過 slice[index] 獲取真實的地址。

Go語言基礎語法（一）

本文介紹一些Go語言的基礎語法。

先來看一個簡單的go語言代碼：

go語言的注釋方法：

代碼執(zhí)行結果：

下面來進一步介紹go的基礎語法。

go語言中格式化輸出可以使用 fmt 和 log 這兩個標準庫，

常用方法：

示例代碼：

執(zhí)行結果：

更多格式化方法可以訪問中的fmt包。

log包實現(xiàn)了簡單的日志服務，也提供了一些格式化輸出的方法。

執(zhí)行結果：

下面來介紹一下go的數(shù)據(jù)類型

下表列出了go語言的數(shù)據(jù)類型：

int、float、bool、string、數(shù)組和struct屬于值類型，這些類型的變量直接指向存在內(nèi)存中的值；slice、map、chan、pointer等是引用類型，存儲的是一個地址，這個地址存儲最終的值。

常量是在程序編譯時就確定下來的值，程序運行時無法改變。

執(zhí)行結果：

執(zhí)行結果：

Go 語言的運算符主要包括算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、位運算符、賦值運算符以及指針相關運算符。

算術運算符：

關系運算符：

邏輯運算符：

位運算符：

賦值運算符：

指針相關運算符：

下面介紹一下go語言中的if語句和switch語句。另外還有一種控制語句叫select語句，通常與通道聯(lián)用，這里不做介紹。

if語法格式如下：

if ... else ：

else if：

示例代碼：

語法格式：

另外，添加 fallthrough 會強制執(zhí)行后面的 case 語句，不管下一條case語句是否為true。

示例代碼：

執(zhí)行結果：

下面介紹幾種循環(huán)語句：

執(zhí)行結果：

執(zhí)行結果：

也可以通過標記退出循環(huán)：

--THE END--

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