Go 语言内存管理（三）：逃逸分析

Go 语言较之 C 语言一个很大的优势就是自带 GC 功能，可 GC 并不是没有代价的。写 C 语言的时候，在一个函数内声明的变量，在函数退出后会自动释放掉，因为这些变量分配在栈上。如果你期望变量的数据可以在函数退出后仍然能被访问，就需要调用 malloc 方法在堆上申请内存，如果程序不再需要这块内存了，再调用 free 方法释放掉。Go 语言不需要你主动调用 malloc 来分配堆空间，编译器会自动分析，找出需要 malloc 的变量，使用堆内存。编译器的这个分析过程就叫做逃逸分析。

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所以你在一个函数中通过 dict := make(map[string]int) 创建一个 map 变量，其背后的数据是放在栈空间上还是堆空间上，是不一定的。这要看编译器分析的结果。

可逃逸分析并不是百分百准确的，它有缺陷。有的时候你会发现有些变量其实在栈空间上分配完全没问题的，但编译后程序还是把这些数据放在了堆上。如果你了解 Go 语言编译器逃逸分析的机制，在写代码的时候就可以有意识地绕开这些缺陷，使你的程序更高效。

Go 语言虽然在内存管理方面降低了编程门槛，即使你不了解堆栈也能正常开发，但如果你要在性能上较真的话，还是要掌握这些基础知识。

这里不对堆内存和栈内存的区别做太多阐述。简单来说就是， 栈分配廉价，堆分配昂贵。 栈空间会随着一个函数的结束自动释放，堆空间需要时间 GC 模块不断地跟踪扫描回收。如果对这两个概念有些迷糊，建议阅读下面 2 个文章：

这里举一个小例子，来对比下堆栈的差别：

stack 函数中的变量 i 在函数退出会自动释放；而 heap 函数返回的是对变量 i 的引用，也就是说 heap() 退出后，表示变量 i 还要能被访问，它会自动被分配到堆空间上。

他们编译出来的代码如下：

逻辑的复杂度不言而喻，从上面的汇编中可看到， heap() 函数调用了 runtime.newobject() 方法，它会调用 mallocgc 方法从 mcache 上申请内存，申请的内部逻辑前面文章已经讲述过。堆内存分配不仅分配上逻辑比栈空间分配复杂，它最致命的是会带来很大的管理成本，Go 语言要消耗很多的计算资源对其进行标记回收（也就是 GC 成本）。

Go 编辑器会自动帮我们找出需要进行动态分配的变量，它是在编译时追踪一个变量的生命周期，如果能确认一个数据只在函数空间内访问，不会被外部使用，则使用栈空间，否则就要使用堆空间。

我们在 go build 编译代码时，可使用 -gcflags '-m' 参数来查看逃逸分析日志。

以上面的两个函数为例，编译的日志输出是：

日志中的 i escapes to heap 表示该变量数据逃逸到了堆上。

需要使用堆空间，所以逃逸，这没什么可争议的。但编译器有时会将 不需要 使用堆空间的变量，也逃逸掉。这里是容易出现性能问题的大坑。网上有很多相关文章，列举了一些导致逃逸情况，其实总结起来就一句话：

多级间接赋值容易导致逃逸 。

这里的多级间接指的是，对某个引用类对象中的引用类成员进行赋值。Go 语言中的引用类数据类型有 func , interface , slice , map , chan , *Type(指针) 。

记住公式 Data.Field = Value ，如果 Data , Field 都是引用类的数据类型，则会导致 Value 逃逸。这里的等号 = 不单单只赋值，也表示参数传递。

根据公式，我们假设一个变量 data 是以下几种类型，相应的可以得出结论：

下面给出一些实际的例子：

如果变量值是一个函数，函数的参数又是引用类型，则传递给它的参数都会逃逸。

上例中 te 的类型是 func(*int) ，属于引用类型，参数 *int 也是引用类型，则调用 te(j) 形成了为 te 的参数(成员) *int 赋值的现象，即 te.i = j 会导致逃逸。代码中其他几种调用都没有形成 多级间接赋值 情况。

同理，如果函数的参数类型是 slice , map 或 interface{} 都会导致参数逃逸。

匿名函数的调用也是一样的，它本质上也是一个函数变量。有兴趣的可以自己测试一下。

只要使用了 Interface 类型(不是 interafce{} )，那么赋值给它的变量一定会逃逸。因为 interfaceVariable.Method() 先是间接的定位到它的实际值，再调用实际值的同名方法，执行时实际值作为参数传递给方法。相当于 interfaceVariable.Method.this = realValue

向 channel 中发送数据，本质上就是为 channel 内部的成员赋值，就像给一个 slice 中的某一项赋值一样。所以 chan *Type , chan map[Type]Type , chan []Type , chan interface{} 类型都会导致发送到 channel 中的数据逃逸。

这本来也是情理之中的，发送给 channel 的数据是要与其他函数分享的，为了保证发送过去的指针依然可用，只能使用堆分配。

可变参数如 func(arg ...string) 实际与 func(arg []string) 是一样的，会增加一层访问路径。这也是 fmt.Sprintf 总是会使参数逃逸的原因。

例子非常多，这里不能一一列举，我们只需要记住分析方法就好，即，2 级或更多级的访问赋值会 容易 导致数据逃逸。这里加上 容易 二字是因为随着语言的发展，相信这些问题会被慢慢解决，但现阶段，这个可以作为我们分析逃逸现象的依据。

下面代码中包含 2 种很常规的写法，但他们却有着很大的性能差距，建议自己想下为什么。

Benchmark 和 pprof 给出的结果:

熟悉堆栈概念可以让我们更容易看透 Go 程序的性能问题，并进行优化。

多级间接赋值会导致 Go 编译器出现不必要的逃逸，在一些情况下可能我们只需要修改一下数据结构就会使性能有大幅提升。这也是很多人不推荐在 Go 中使用指针的原因，因为它会增加一级访问路径，而 map , slice , interface{} 等类型是不可避免要用到的，为了减少不必要的逃逸，只能拿指针开刀了。

大多数情况下，性能优化都会为程序带来一定的复杂度。建议实际项目中还是怎么方便怎么写，功能完成后通过性能分析找到瓶颈所在，再对局部进行优化。

Go语言输出打印--排坑

一.几种公共方法

1)Print:   输出到控制台(不接受任何格式化，它等价于对每一个操作数都应用 %v)

print 在golang中 是属于输出到标准错误流中并打印,官方不建议写程序时候用它。可以再debug时候用

2)Println: 输出到控制台并换行

3)Printf : 只可以打印出格式化的字符串。只可以直接输出字符串类型的变量（不可以输出整形变量和整形等）

4)Sprintf：格式化并返回一个字符串而不带任何输出

5)Fprintf：来格式化并输出到 io.Writers 而不是 os.Stdout

二.带占位符输出--网址：    

和python差不多的道理，这里简单补充

v     值的默认格式

%+v   添加字段名(如结构体)

%#v　 相应值的Go语法表示 

%T    相应值的类型的Go语法表示 

%%    字面上的百分号，并非值的占位符

%c     相应Unicode码点所表示的字符 

%x     十六进制表示，字母形式为小写 a-f

%X     十六进制表示，字母形式为大写 A-F

%U     Unicode格式：U+1234，等同于 "U+%04X"

如何在GO语言中将用户键入的信息导入 time.Parse语句中？

你已经使用了“fmt.Sprintf("2020-%d-%d",month,day)”进行了合适化，而fmt.Sprintf函数会返回格式化的字符串，直接将格式化的字符串放到time.parse高数的第二个参数位置不就好了。

go语言中的Sprintf,是否是安全的

printf函数与sprintf不同之处有： （1）函数的声明不同 int printf(const char *format [, argument]);int sprintf(char *buffer, const char *format [, argument] );sprintf比printf多一个参数buffer，这个参数的作用见（2）的描述。 （

go语言string之Buffer与Builder

操作字符串离不开字符串的拼接，但是Go中string是只读类型，大量字符串的拼接会造成性能问题。

拼接字符串，无外乎四种方式，采用“+”，“fmt.Sprintf()”,"bytes.Buffer","strings.Builder"

上面我们创建10万字符串拼接的测试，可以发现"bytes.Buffer","strings.Builder"的性能最好，约是“+”的1000倍级别。

这是由于string是不可修改的，所以在使用“+”进行拼接字符串，每次都会产生申请空间，拼接，复制等操作，数据量大的情况下非常消耗资源和性能。而采用Buffer等方式，都是预先计算拼接字符串数组的总长度（如果可以知道长度），申请空间，底层是slice数组，可以以append的形式向后进行追加。最后在转换为字符串。这申请了不断申请空间的操作，也减少了空间的使用和拷贝的次数，自然性能也高不少。

bytes.buffer是一个缓冲byte类型的缓冲器存放着都是byte

是一个变长的 buffer，具有 Read 和Write 方法。 Buffer 的 零值 是一个 空的 buffer，但是可以使用，底层就是一个 []byte， 字节切片。

向Buffer中写数据，可以看出Buffer中有个Grow函数用于对切片进行扩容。

从Buffer中读取数据

strings.Builder的方法和bytes.Buffer的方法的命名几乎一致。

但实现并不一致，Builder的Write方法直接将字符拼接slice数组后。

其没有提供read方法，但提供了strings.Reader方式

Reader 结构:

Buffer:

Builder:

可以看出Buffer和Builder底层都是采用[]byte数组进行装载数据。

先来说说Buffer:

创建好Buffer是一个empty的，off 用于指向读写的尾部。

在写的时候，先判断当前写入字符串长度是否大于Buffer的容量，如果大于就调用grow进行扩容，扩容申请的长度为当前写入字符串的长度。如果当前写入字符串长度小于最小字节长度64，直接创建64长度的[]byte数组。如果申请的长度小于二分之一总容量减去当前字符总长度，说明存在很大一部分被使用但已读，可以将未读的数据滑动到数组头。如果容量不足，扩展2*c + n 。

其String()方法就是将字节数组强转为string

Builder是如何实现的。

Builder采用append的方式向字节数组后添加字符串。

从上面可以看出，[]byte的内存大小也是以倍数进行申请的，初始大小为 0，第一次为大于当前申请的最大 2 的指数，不够进行翻倍.

可以看出如果旧容量小于1024进行翻倍，否则扩展四分之一。（2048 byte 后，申请策略的调整）。

其次String()方法与Buffer的string方法也有明显区别。Buffer的string是一种强转，我们知道在强转的时候是需要进行申请空间，并拷贝的。而Builder只是指针的转换。

这里我们解析一下 *(*string)(unsafe.Pointer(b.buf)) 这个语句的意思。

先来了解下unsafe.Pointer 的用法。

也就是说，unsafe.Pointer 可以转换为任意类型，那么意味着，通过unsafe.Pointer媒介，程序绕过类型系统，进行地址转换而不是拷贝。

即*A = Pointer = *B

就像上面例子一样，将字节数组转为unsafe.Pointer类型，再转为string类型，s和b中内容一样，修改b,s也变了，说明b和s是同一个地址。但是对s重新赋值后，意味着s的地址指向了“WORLD”,它们所使用的内存空间不同了，所以s改变后，b并不会改变。

所以他们的区别就在于 bytes.Buffer 是重新申请了一块空间，存放生成的string变量， 而strings.Builder直接将底层的[]byte转换成了string类型返回了回来，去掉了申请空间的操作。

go的uint64转换成java的哪种类型

Golang 和java/c不同，Go在不同类型的变量之间赋值时需要显式转换。也就是说Golang中数据类型不能自动转换。

基本语法

表达式T（v））将值v 转换为类型T

T∶就是数据类型，比如int32，int64，float32等等

v∶ 就是需要转换的变量

var i int = 100

var b float64 = float64(i)

var c int64 = int64(b)

fmt.Printf("b=%f,c=%d",b,c)

b=100.000000,c=100

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细节说明

1）Go中，数据类型的转换可以是从表示范围小-表示范围大，也可以范围大一范围小

2） 被转换的是变量存储的数据（即值），变量本身的数据类型并没有变化!

3） 在转换中，比如将 int64 转成int8，编译时不会报错，只是转换的结果是按溢出处理，和

我们希望的结果不一样。（在转换的时候需要注意范围）

var a int64 = 10000000

var b int8 = int8(a)

fmt.Printf("%d",b)

-128

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可以看到在转换的时候，一定要保证转换大数据要是对方可以接受的范围。

n1类型是int32，那么➕20整个就是int32类型，可是n2是int64，这样就会编译错误。

题二n4是12 + 127溢出超过了范围，运行的时候按照溢出处理。n3是直接编译不通过，128已经超过了int8类型的范围

基本数据类型和string的转换

字符串格式化

Go语言用于控制文本输出常用的标准库是fmt

fmt中主要用于输出的函数有:

Print: 输出到控制台,不接受任何格式化操作

Println: 输出到控制台并换行

Printf : 只可以打印出格式化的字符串。只可以直接输出字符串类型的变量（不可以输出别的类型）

Sprintf：格式化并返回一个字符串而不带任何输出

Fprintf：来格式化并输出到 io.Writers 而不是 os.Stdout

整数类型

格 式 描 述

%b 整型以二进制方式显示

%o 整型以八进制方式显示

%d 整型以十进制方式显示

%x 整型以十六进制方式显示

%X 整型以十六进制、字母大写方式显示

%c 相应Unicode码点所表示的字符

%U Unicode 字符, Unicode格式：123，等同于 "U+007B"

浮点数

格 式 描 述

%e 科学计数法，例如 -1234.456e+78

%E 科学计数法，例如 -1234.456E+78

%f 有小数点而无指数，例如 123.456

%g 根据情况选择 %e 或 %f 以产生更紧凑的（无末尾的0）输出

%G 根据情况选择 %E 或 %f 以产生更紧凑的（无末尾的0）输出

布尔

格 式 描 述

%t true 或 false

字符串

格 式 描 述

%s 字符串或切片的无解译字节

%q 双引号围绕的字符串，由Go语法安全地转义

%x 十六进制，小写字母，每字节两个字符

%X 十六进制，大写字母，每字节两个字符

指针

格 式 描 述

%p 十六进制表示，前缀 0x

var num1 int64 = 99

var num2 float64 = 23.99

var b bool = true

var mychar byte = 'h'

str1 := fmt.Sprintf("%d",num1)

str2 := fmt.Sprintf("%f",num2)

bool1 := fmt.Sprintf("%t",b)

mychar1 := fmt.Sprintf("%c",mychar)

fmt.Printf("%T,%T,%T,str1=%v,str2=%v,bool1=%v,mychar1=%v",str1,bool1,str2,str1,str2,bool1,mychar1)

string,string,string,string,str1=99,str2=23.990000,bool1=true,mychar1=h

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使用strconv包 基本类型 - string类型

num1 := 99

str1 := strconv.FormatInt(int64(num1),10)

fmt.Printf("%T,%v",str1,str1)

num2 := 99.99

str2 := strconv.FormatFloat(num2,'f',10,64)

fmt.Printf("%T,%v\n",str2,str2)

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strconv包提供了字符串与简单数据类型之间的类型转换功能，可以将简单类型转换为字符串，也可以将字符串转换为其它简单类型

string和int转换

int转string的方法是: Itoa()

str := strconv.Itoa(100)

fmt.Printf("type %v, value: %s\n", reflect.TypeOf(str), str)

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2.string转int的方法是:

i, err := strconv.Atoi("100")

fmt.Printf("type %v, value: %d, err: %v\n", reflect.TypeOf(i), i, err)

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并不是所有string都能转化为int, 所以可能会报错:

i, err := strconv.Atoi("100x")

fmt.Printf("type %v, value: %d, err: %v\n", reflect.TypeOf(i), i, err)

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使用strconv包 string转其他类型

strconv包提供的Parse类函数用于将字符串转化为给定类型的值：ParseBool()、ParseFloat()、ParseInt()、ParseUint() 由于字符串转换为其它类型可能会失败，所以这些函数都有两个返回值，第一个返回值保存转换后的值，第二个返回值判断是否转换成功。

1.转bool

b, err := strconv.ParseBool("true")

fmt.Println(b, err)

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2.转float

f1, err := strconv.ParseFloat("3.1", 32)

fmt.Println(f1, err)

f2, err := strconv.ParseFloat("3.1", 64)

fmt.Println(f2, err)

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由于浮点数的小数部分 并不是所有小数都能在计算机中精确的表示, 这就造成了浮点数精度问题, 比如下面

var n float64 = 0

for i := 0; i 1000; i++ {

n += .01

}

fmt.Println(n)

关于浮点数精度问题: c计算机不都是0101吗，你有想过计算机是怎么表示的小数吗, 简单理解就是:

将其整数部分与小树部分分开, 比如5.25

对于整数部分 5 ，我们使用"不断除以2取余数"的方法，得到 101

对于小数部分 .25 ，我们使用"不断乘以2取整数"的方法，得到 .01

听说有一个包可以解决这个问题: github.com/shopspring/decimal

3.转int

func ParseInt(s string, base int, bitSize int) (i int64, err error)

base: 进制，有效值为0、2-36。当base=0的时候，表示根据string的前缀来判断以什么进制去解析：0x开头的以16进制的方式去解析，0开头的以8进制方式去解析，其它的以10进制方式解析

bitSize: 多少位，有效值为0、8、16、32、64。当bitSize=0的时候，表示转换为int或uint类型。例如bitSize=8表示转换后的值的类型为int8或uint8

fmt.Println(bInt8(-1)) // 0000 0001(原码) - 1111 1110(反码) - 1111 1111

// Parse 二进制字符串

i, err := strconv.ParseInt("11111111", 2, 16)

fmt.Println(i, err)

// Parse 十进制字符串

i, err = strconv.ParseInt("255", 10, 16)

fmt.Println(i, err)

// Parse 十六进制字符串

i, err = strconv.ParseInt("4E2D", 16, 16)

fmt.Println(i, err)

4.转uint

func ParseUint(s string, base int, bitSize int) (uint64, error)

用法和转int一样, 只是转换后的数据类型是uint64

u, err := strconv.ParseUint("11111111", 2, 16)

fmt.Println(u, err)

u, err = strconv.ParseUint("255", 10, 16)

fmt.Println(u, err)

u, err = strconv.ParseUint("4E2D", 16, 16)

fmt.Println(u, err)

其他类型转string

将给定类型格式化为string类型：FormatBool()、FormatFloat()、FormatInt()、FormatUint()。

fmt.Println(strconv.FormatBool(true))

// 问题又来了

fmt.Println(strconv.FormatInt(255, 2))

fmt.Println(strconv.FormatInt(255, 10))

fmt.Println(strconv.FormatInt(255, 16))

fmt.Println(strconv.FormatUint(255, 2))

fmt.Println(strconv.FormatUint(255, 10))

fmt.Println(strconv.FormatUint(255, 16))

fmt.Println(strconv.FormatFloat(3.1415, 'E', -1, 64))

func FormatFloat(f float64, fmt byte, prec, bitSize int) string

bitSize表示f的来源类型（32：float32、64：float64），会据此进行舍入。

fmt表示格式：'f'（-ddd.dddd）、'b'（-ddddp±ddd，指数为二进制）、'e'（-d.dddde±dd，十进制指数）、'E'（-d.ddddE±dd，十进制指数）、'g'（指数很大时用'e'格式，否则'f'格式）、'G'（指数很大时用'E'格式，否则'f'格式）。

prec控制精度（排除指数部分）：对'f'、'e'、'E'，它表示小数点后的数字个数；对'g'、'G'，它控制总的数字个数。如果prec 为-1，则代表使用最少数量的、但又必需的数字来表示f。

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