Golang内存管理——堆分配

go语言的内存自动分配和回收的，因此内存的使用流程大致为：获取内存——分配内存——回收内存——再分配内存。

其中分配内存分为两方面，堆内存分配和栈内存分配，堆内存和栈内存是两种不同的分配方式，本篇文章主要是堆内存的分配方式。

1. 自主内存管理

Go语言为了方便内存的自主管理，一开始启动的时候会向操作系统申请一大块连续的内存，后续的内存分配都是基于这一大块内存的。如果程序运行过程中，内存不足了，Go语言会再向操作系统进行内存的申请。

为了高效的进行内存管理，Go语言将申请到的内存划分为三个区域，分别为spans、bitmap、arena。其中arena是堆区，GO语言将其划分为一个个8KB的page页，程序运行过程中的内存都是从arena堆区进行分配的。spans和bitmap是为了对arena堆区的高效管理而设置的。

Go语言的三个内存区域

2. mspan 和 ClassID表

我们程序的运行，从使用的角度看，以对象为基本单位的。比如：函数是一个对象、goroutine是一个对象、slice是一个对象。因此，为了实现从对象到内存页之间的映射，Go语言引入了一个mspan结构体。mspan是内存管理的基本单位，每一个span包含一个或多个连续的页。为了满足小对象的分配，会将span中的一页划分为更小的粒度，而对于大对象比如超过页的大小，则会通过多页实现。每个span用于管理特定的class对象，根据对象的大小，span将一个或多个页拆分成多个块进行管理。

mspan的结构体定义如下：位置 runtime:mheap.go 一些字段已经省略了

type mspan struct {
	next *mspan     // 链表后向指针，用于将span链接起来
	prev *mspan     // 链表前向指针，用于将span链接起来
	startAddr uintptr // 起始地址，即所管理页的地址
	npages    uintptr // 该span中占用的page页数

    //作用于GC,垃圾会有的时候会使用这三个字段
	allocBits  *gcBits //分配位图，每一位代表一个块是否已分配
	gcmarkBits *gcBits
	pinnerBits *gcBits 

	allocCount  uint16        // 该Span中已经分配的对象数量
	spanclass   spanClass     // 该Span的等级，一个特定的span中存储特定的ClassID大小的对象
	elemsize    uintptr       // 块大小，该span中存储特定ClassID的大小
}

 Class等级列表如下:
源码位置：runtime:sizeclasses.go

划分如此多的Class等级的目的：

1. 尽可能地减少内存浪费
2. 降低从全局缓存中获取特定SpanClass锁的粒度

// class  bytes/obj  bytes/span  objects  tail waste  max waste  min align
//     1          8        8192     1024           0     87