正文

Go 程序運行時，有些場景下會導致進程進入某個“高點”，然后就再也下不來了。

比如，多年前曹大寫過的一篇文章講過，在做活動時線上涌入的大流量把 goroutine 數(shù)抬升了不少，流量恢復之后 goroutine 數(shù)也沒降下來，導致 GC 的壓力升高，總體的 CPU 消耗也較平時上升了 2 個點左右。

有一個?issue?討論為什么 allgs（runtime 中存儲所有 goroutine 的一個全局 slice） 不收縮，一個好處是：goroutine 復用，讓 goroutine 的創(chuàng)建更加得便利，而這也正是 Go 語言的一大優(yōu)勢。

最近在看《100 mistakes》，書里專門有一節(jié)講 map 的內(nèi)存泄漏。其實這也是另一個在經(jīng)歷大流量后，無法“恢復”的例子：map 占用的內(nèi)存“只增不減”。

之前寫過的一篇《深度解密 Go 語言之 map》里講到過 map 的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且分析過創(chuàng)建、遍歷、刪除的過程。

在 Go runtime 層，map 是一個指向 hmap 結(jié)構(gòu)體的指針，hmap 里有一個字段 B，它決定了 map 能存放的元素個數(shù)。

hamp?結(jié)構(gòu)體代碼

type hmap struct {
	count     int
	flags     uint8
	B         uint8
	// ...
}

若我們想初始化一個長度為 100w 元素的 map，B 是多少呢？

用 B 可以計算 map 的元素個數(shù)：loadfactor * 2^B，loadfactor 目前是 6.5，當 B=17 時，可放 851,968 個元素；當 B=18，可放 1,703,936 個元素。因此當我們將 map 的長度初始化為 100w 時，B 的值應是 18。

loadfactor 是裝載因子，用來衡量平均一個 bucket 里有多少個 key。

查看占用的內(nèi)存數(shù)量

如何查看占用的內(nèi)存數(shù)量呢？用 runtime.MemStats：

package main
import (
	"fmt"
	"runtime"
)
const N = 128
func randBytes() [N]byte {
	return [N]byte{}
}
func printAlloc() {
	var m runtime.MemStats
	runtime.ReadMemStats(&m)
	fmt.Printf("%d MB\n", m.Alloc/1024/1024)
}
func main() {
	n := 1_000_000
	m := make(map[int][N]byte, 0)
	printAlloc()
	for i := 0; i < n; i++ {
		m[i] = randBytes()
	}
	printAlloc()
	for i := 0; i < n; i++ {
		delete(m, i)
	}
	runtime.GC()
	printAlloc()
	runtime.KeepAlive(m)
}

如果不加最后的 KeepAlive，m 會被回收掉。

當 N = 128 時，運行程序：

$ go run main2.go
0 MB
461 MB
293 MB

可以看到，當刪除了所有 kv 后，內(nèi)存占用依然有 293 MB，這實際上是創(chuàng)建長度為 100w 的 map 所消耗的內(nèi)存大小。當我們創(chuàng)建一個初始長度為 100w 的 map：

package main
import (
	"fmt"
	"runtime"
)
const N = 128
func printAlloc() {
	var m runtime.MemStats
	runtime.ReadMemStats(&m)
	fmt.Printf("%d MB\n", m.Alloc/1024/1024)
}
func main() {
	n := 1_000_000
	m := make(map[int][N]byte, n)
	printAlloc()
	runtime.KeepAlive(m)
}

運行程序，得到 100w 長度的 map 的消耗的內(nèi)存為：

$ go run main3.go
293 MB

這時有一個疑惑，為什么在向 map 寫入了 100w 個 kv 之后，占用內(nèi)存變成了 461MB？

我們知道，當 val 大小 <= 128B 時，val 其實是直接放在 bucket 里的，按理說，寫入 kv 與否，這些 bucket 占用的內(nèi)存都在那里。換句話說，寫入 kv 之后，占用的內(nèi)存應該還是 293MB，實際上卻是 461MB。

這里的原因其實是在寫入 100w kv 期間 map 發(fā)生了擴容，buckets 進行了搬遷。我們可以用 hack 的方式打印出 B 值：

func main() {
	//...
	var B uint8
	for i := 0; i < n; i++ {
		curB := *(*uint8)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(*(**int)(unsafe.Pointer(&m)))) + 9))
		if B != curB {
			fmt.Println(curB)
			B = curB
		}
		m[i] = randBytes()
	}
	//...
	runtime.KeepAlive(m)
}

運行程序，B 值從 1 一直變到 18。搬遷的過程可以參考前面提到的那篇 map 文章，這里不再贅述。

而如果我們初始化的時候直接將 map 的長度指定為 100w，那內(nèi)存變化情況為：

293 MB
293 MB
293 MB

當 val 小于 128B 時，初始化 map 后內(nèi)存占用量一直不變。原因是 put 操作只是在 bucket 里原地寫入 val，而 delete 操作則是將 val 清零，bucket 本身還在。因此，內(nèi)存占用大小不變。

而當 val 大小超過 128B 后，bucket 不會直接放 val，轉(zhuǎn)而變成一個指針。我們將 N 設(shè)為 129，運行程序：

0 MB
197 MB
38 MB

雖然 map 的 bucket 占用內(nèi)存量依然存在，但 val 改成指針存儲后內(nèi)存占用量大大降低。且 val 被刪掉后，內(nèi)存占用量確實降低了。

總之，map 的 buckets 數(shù)只會增，不會降。所以在流量沖擊后，map 的 buckets 數(shù)增長到一定值，之后即使把元素都刪了也無濟于事。內(nèi)存占用還是在，因為 buckets 占用的內(nèi)存不會少。

對于 map 內(nèi)存泄漏的解法

• 重啟；
• 將 val 類型改成指針；
• 定期地將 map 里的元素全量拷貝到另一個 map 里。

好在一般有大流量沖擊的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)大都是 toC 場景，上線頻率非常高。有的公司能一天上線好幾次，在問題暴露之前就已經(jīng)重啟恢復了，問題不大。