在開(kāi)始剖析Go逃逸分析前，我們要先清楚什么是堆棧。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有堆棧，內(nèi)存分配中也有堆棧，兩者在定義和用途上雖不同，但也有些許關(guān)聯(lián)，內(nèi)存分配中棧的壓棧和出棧操作，類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧的操作方式

內(nèi)存分配中的堆棧

程序在運(yùn)行過(guò)程中，必不可少的會(huì)使用變量、函數(shù)和數(shù)據(jù)，變量和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)的位置可以分為：堆區(qū)(Heap)和棧區(qū)(Stack)，一般由C或C++編譯的程序占用內(nèi)存為：

• 棧區(qū)
• 堆區(qū)
• 全局區(qū)
• 常量區(qū)
• 程序代碼區(qū)

軟件程序中的數(shù)據(jù)和變量都會(huì)被分配到程序所在的虛擬內(nèi)存空間中

棧

每個(gè)函數(shù)都有自己獨(dú)立的棧空間，函數(shù)的調(diào)用參數(shù)、返回值以及局部變量大都被分配到該函數(shù)的棧空間中， 這部分內(nèi)存由編譯器進(jìn)行管理，編譯時(shí)確定分配內(nèi)存的大小。棧空間有特定的結(jié)構(gòu)和尋址方式，所以尋址十分迅速、開(kāi)銷小，只需要2條 CPU 指令，即壓棧出棧?PUSH?和?RELEASE，由于函數(shù)棧內(nèi)存的大小在編譯時(shí)確定， 所以當(dāng)局部變量數(shù)據(jù)太大就會(huì)發(fā)生棧溢出（Stack Overflow）。當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢后， 函數(shù)的棧空間被回收， 無(wú)需手動(dòng)去釋放。

區(qū)別于堆空間，通過(guò)?malloc?出來(lái)的內(nèi)存，函數(shù)執(zhí)行完畢后需要“手動(dòng)”釋放，“手動(dòng)”釋放在有垃圾回收的語(yǔ)言中，表現(xiàn)為垃圾回收系統(tǒng)，比如 Golang 語(yǔ)言的 GC 系統(tǒng)，GC 系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)記等手段，識(shí)別出需要回收的空間。

堆

堆空間沒(méi)有特定的結(jié)構(gòu)，也沒(méi)有固定的大小，可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行分配和調(diào)整，所以內(nèi)存占用較大的局部變量會(huì)放在堆空間上，在編譯時(shí)不知道該分配多少大小的變量，在運(yùn)行時(shí)也會(huì)分配到堆上，在堆上分配內(nèi)存開(kāi)銷比在棧上大，而且堆上分配的內(nèi)存需要手動(dòng)釋放，對(duì)于 Golang 這種有 GC 機(jī)制的語(yǔ)言， 也會(huì)增加 GC 壓力， 也容易造成內(nèi)存碎片。

注：棧是線程級(jí)的，堆是進(jìn)程級(jí)的

內(nèi)存逃逸

所謂內(nèi)存逃逸，就是本該分配于棧空間的變量，被分配到了堆空間，過(guò)多的內(nèi)存逃逸會(huì)導(dǎo)致GC壓力變大，堆空間碎片化。

Go語(yǔ)言中，變量不能顯示的指定分配在棧空間還是堆空間，但是官方回復(fù)中大致表示了一個(gè)原則：如果局部變量被其他函數(shù)捕獲，那么就分配在堆上。

逃逸分析

在編程語(yǔ)言的編譯優(yōu)化原理中，分析指針動(dòng)態(tài)范圍的方法稱之為逃逸分析，通俗來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的指針被多個(gè)方法或線程引用時(shí)，我們稱這個(gè)指針發(fā)生了逃逸。逃逸分析有兩個(gè)基本的不變性：

• 指向棧對(duì)象的指針不能存儲(chǔ)在堆中
• 指向棧對(duì)象的指針不能超過(guò)該棧對(duì)象的存活期（即指針不能在棧對(duì)象被銷毀后依舊存活）

分析工具

通過(guò)編譯工具查看詳細(xì)的逃逸分析過(guò)程 go build -gcflags '-m -l' xxx.go 編譯參數(shù)(-gcflags)：

• -N：禁止編譯優(yōu)化
• -l：禁止內(nèi)聯(lián)
• -m：逃逸分析
• -benchmem：壓測(cè)時(shí)打印內(nèi)存分配統(tǒng)計(jì)

通過(guò)逃逸分析判斷一個(gè)變量到底是分配在堆上還是棧上

逃逸場(chǎng)景

指針逃逸

指針逃逸應(yīng)該是最容易理解的一種情況了，即在函數(shù)中創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，返回了這個(gè)對(duì)象的指針。這種情況下，函數(shù)雖然退出了，但是因?yàn)橹羔樀拇嬖冢瑢?duì)象的內(nèi)存不能隨著函數(shù)結(jié)束而回收，因此只能分配在堆上。

// main.go
package main

import "fmt"

type Demo struct {
	name string
}

func createDemo(name string) *Demo {
	d := new(Demo) // 局部變量 d 逃逸到堆
	d.name = name
	return d
}

func main() {
	demo := createDemo("demo")
	fmt.Println(demo)
}

在這個(gè)例子中，函數(shù)createDemo的局部變量d發(fā)生了逃逸，d作為返回值在main函數(shù)中繼續(xù)使用，因此d指向的內(nèi)存不能分配在棧上，只能分配在堆上，借助分析工具查看逃逸情況

    $ go build -gcflags=-m main.go 
    ./main.go:10:6: can inline createDemo
    ./main.go:17:20: inlining call to createDemo
    ./main.go:18:13: inlining call to fmt.Println
    ./main.go:10:17: leaking param: name
    ./main.go:11:10: new(Demo) escapes to heap
    ./main.go:17:20: new(Demo) escapes to heap   //指針逃逸
    ./main.go:18:13: demo escapes to heap        //interface{}動(dòng)態(tài)類型逃逸
    ./main.go:18:13: main []interface {} literal does not escape
    ./main.go:18:13: io.Writer(os.Stdout) escapes to heap
    <autogenerated>:1: (*File).close .this does not escape

escapes to heap表示逃逸到堆上了

動(dòng)態(tài)反射interface{}變量

在 Go 語(yǔ)言中，接口即?interface{}?可以表示任意的類型，如果函數(shù)參數(shù)為?interface{}，編譯期間很難確定其參數(shù)的具體類型，也會(huì)發(fā)生逃逸。仍以上面的例子

func main() {
   demo := createDemo("demo")
   fmt.Println(demo)
}

./main.go:18:13: demo escapes to heap

demo是main函數(shù)的一個(gè)局部變量，該變量作為實(shí)參傳遞給fmt.Println()，但是因?yàn)?code>fmt.Println()的參數(shù)類型是interface{}，因此也發(fā)生了逃逸

解釋：fmt.Println?之類的底層系統(tǒng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)邏輯會(huì)基于interface{} 做反射，通過(guò) reflect.TypeOf(arg).Kind() 獲取接口對(duì)象的底層數(shù)據(jù)類型，創(chuàng)建具體類型對(duì)象時(shí)，會(huì)發(fā)生內(nèi)存逃逸。由于 interface{} 的變量，編譯時(shí)無(wú)法確定變量類型以及申請(qǐng)空間大小，所以不能在棧空間上申請(qǐng)內(nèi)存，需要在 runtime 時(shí)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)，理所應(yīng)當(dāng)?shù)匕l(fā)生內(nèi)存逃逸。

申請(qǐng)棧空間過(guò)大

棧空間大小是有限的，如果編譯時(shí)發(fā)現(xiàn)局部變量申請(qǐng)的空間過(guò)大，則會(huì)發(fā)生內(nèi)存逃逸，在堆空間上給大變量分配內(nèi)存

func main() {
   num := make([]int, 0, 10000)
   _ = num
}

.\main.go:404:13: make([]int, 0, 10000) escapes to heap   //發(fā)生逃逸

經(jīng)過(guò)測(cè)試，num := make([]int, 0, 8193)?時(shí)剛好發(fā)生內(nèi)存逃逸。在 64 位機(jī)上?int?類型為 8B，即 8192 * 8B = 64KB

func main() {
   num1 := make([]int, 0, 8192)
   _ = num1
   
   num2 := make([]int, 0, 8193)
   _ = num2
}

.\main.go:404:14: make([]int, 0, 8192) does not escape
.\main.go:407:14: make([]int, 0, 8193) escapes to heap

切片變量自身和元素的逃逸

1.未指定slice的len和cap時(shí)，slice自身未發(fā)生逃逸，slice的元素發(fā)生逃逸。因此slice會(huì)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，編譯器不知道容量大小，無(wú)法提前在棧空間分配內(nèi)存，擴(kuò)容后slice的元素可能會(huì)被分配到堆空間，所以slice容器自身也不能被分配到棧空間

type person struct {
   Name string
}

func main() {
   var num []*person
   p1 := &person{
      Name: "ss",
   }
   num = append(num, p1)
}

.\main.go:409:8: &person{...} escapes to heap

2.只指定slice的長(zhǎng)度即array，數(shù)組本身和元素均在棧上分配，均未發(fā)生逃逸

閉包

所謂閉包，就是函數(shù)與其所處環(huán)境捆綁的組合，也就是說(shuō)，閉包可以讓你在一個(gè)內(nèi)部函數(shù)中訪問(wèn)到其外部函數(shù)的作用域

func Increase() func() int {
	n := 0
	return func() int {
		n++
		return n
	}
}

func main() {
	in := Increase()
	fmt.Println(in()) // 1
	fmt.Println(in()) // 2
}

Increase()?返回值是一個(gè)閉包函數(shù)，該閉包函數(shù)訪問(wèn)了外部變量 n，那變量 n 將會(huì)一直存在，直到?in?被銷毀。很顯然，變量 n 占用的內(nèi)存不能隨著函數(shù)?Increase()?的退出而回收，因此將會(huì)逃逸到堆上。

.\main.go:408:2: moved to heap: n
.\main.go:409:9: func literal escapes to heap
.\main.go:417:13: ... argument does not escape
.\main.go:417:16: in() escapes to heap
.\main.go:418:13: ... argument does not escape
.\main.go:418:16: in() escapes to heap

逃逸分析的作用

• 通過(guò)逃逸分析能確定哪些變量分配到棧空間，哪些分配到堆空間，對(duì)空間需要 GC 系統(tǒng)回收資源，GC 系統(tǒng)會(huì)有微秒級(jí)的 STW，降低 GC 的壓力能提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
• 棧空間的分配比堆空間更快性能更好，對(duì)于熱點(diǎn)數(shù)據(jù)分配到棧上能提高接口的響應(yīng)。
• 棧空間分配的內(nèi)存，在函數(shù)執(zhí)行完畢后由系統(tǒng)回收資源，不需要 GC 系統(tǒng)參與，也不需要 GC 標(biāo)記清除，可降低內(nèi)存的占用