寫過C/C++的同學(xué)都知道旺罢，調(diào)用著名的malloc和new函數(shù)可以在堆上分配一塊內(nèi)存旷余，這塊內(nèi)存的使用和銷毀的責(zé)任都在程序員。一不小心扁达，就會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄露正卧，搞得膽戰(zhàn)心驚。
切換到Golang后跪解，基本不會(huì)擔(dān)心內(nèi)存泄露了炉旷。雖然也有new函數(shù)，但是使用new函數(shù)得到的內(nèi)存不一定就在堆上叉讥。堆和棧的區(qū)別對(duì)程序員“模糊化”了窘行，當(dāng)然這一切都是Go編譯器在背后幫我們完成的。
一個(gè)變量是在堆上分配图仓，還是在棧上分配罐盔，是經(jīng)過編譯器的逃逸分析之后得出的結(jié)論。
這篇文章救崔，就將帶領(lǐng)大家一起去探索逃逸分析——變量到底去哪兒惶看，堆還是棧？
什么是逃逸分析
以前寫C/C++代碼時(shí)六孵，為了提高效率纬黎，常常將pass-by-value（傳值）“升級(jí)”成pass-by-reference，企圖避免構(gòu)造函數(shù)的運(yùn)行劫窒，并且直接返回一個(gè)指針本今。
你一定還記得，這里隱藏了一個(gè)很大的坑：在函數(shù)內(nèi)部定義了一個(gè)局部變量，然后返回這個(gè)局部變量的地址（指針）冠息。這些局部變量是在棧上分配的（靜態(tài)內(nèi)存分配）挪凑，一旦函數(shù)執(zhí)行完畢，變量占據(jù)的內(nèi)存會(huì)被銷毀铐达，任何對(duì)這個(gè)返回值作的動(dòng)作（如解引用）岖赋，都將擾亂程序的運(yùn)行，甚至導(dǎo)致程序直接崩潰瓮孙。比如下面的這段代碼：
int *foo ( void )
{
int t = 3;
return &t;
}
有些同學(xué)可能知道上面這個(gè)坑，用了個(gè)更聰明的做法：在函數(shù)內(nèi)部使用new函數(shù)構(gòu)造一個(gè)變量（動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配）选脊，然后返回此變量的地址杭抠。因?yàn)樽兞渴窃诙焉蟿?chuàng)建的，所以函數(shù)退出時(shí)不會(huì)被銷毀恳啥。但是偏灿，這樣就行了嗎？new出來的對(duì)象該在何時(shí)何地delete呢钝的？調(diào)用者可能會(huì)忘記delete或者直接拿返回值傳給其他函數(shù)翁垂，之后就再也不能delete它了，也就是發(fā)生了內(nèi)存泄露硝桩。關(guān)于這個(gè)坑沿猜，大家可以去看看《Effective C++》條款21，講得非常好碗脊！
C++是公認(rèn)的語法最復(fù)雜的語言啼肩，據(jù)說沒有人可以完全掌握C++的語法。而這一切在Go語言中就大不相同了衙伶。像上面示例的C++代碼放到Go里祈坠，沒有任何問題。
你表面的光鮮矢劲，一定是背后有很多人為你撐起的赦拘！Go語言里就是編譯器的逃逸分析。它是編譯器執(zhí)行靜態(tài)代碼分析后芬沉，對(duì)內(nèi)存管理進(jìn)行的優(yōu)化和簡(jiǎn)化躺同。
在編譯原理中，分析指針動(dòng)態(tài)范圍的方法稱之為逃逸分析花嘶。通俗來講笋籽，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)生了逃逸椭员。
更簡(jiǎn)單來說车海，逃逸分析決定一個(gè)變量是分配在堆上還是分配在棧上。
為什么要逃逸分析
前面講的C/C++中出現(xiàn)的問題，在Go中作為一個(gè)語言特性被大力推崇侍芝。真是C/C++之砒霜Go之蜜糖研铆！
C/C++中動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存需要我們手動(dòng)釋放，導(dǎo)致猿們平時(shí)在寫程序時(shí)州叠，如履薄冰棵红。這樣做有他的好處：程序員可以完全掌控內(nèi)存。但是缺點(diǎn)也是很多的：經(jīng)常出現(xiàn)忘記釋放內(nèi)存咧栗，導(dǎo)致內(nèi)存泄露逆甜。所以，很多現(xiàn)代語言都加上了垃圾回收機(jī)制。
Go的垃圾回收，讓堆和棧對(duì)程序員保持透明忌锯。真正解放了程序員的雙手箍鼓，讓他們可以專注于業(yè)務(wù)，“高效”地完成代碼編寫。把那些內(nèi)存管理的復(fù)雜機(jī)制交給編譯器，而程序員可以去享受生活。
逃逸分析這種“騷操作”把變量合理地分配到它該去的地方御毅，“找準(zhǔn)自己的位置”。即使你是用new申請(qǐng)到的內(nèi)存怜珍，如果我發(fā)現(xiàn)你竟然在退出函數(shù)后沒有用了端蛆，那么就把你丟到棧上，畢竟棧上的內(nèi)存分配比堆上快很多绘面；反之欺税，即使你表面上只是一個(gè)普通的變量，但是經(jīng)過逃逸分析后發(fā)現(xiàn)在退出函數(shù)之后還有其他地方在引用揭璃，那我就把你分配到堆上晚凿。真正地做到“按需分配”，提前實(shí)現(xiàn)共產(chǎn)主義瘦馍！
如果變量都分配到堆上歼秽，堆不像棧可以自動(dòng)清理情组。它會(huì)引起Go頻繁地進(jìn)行垃圾回收燥筷，而垃圾回收會(huì)占用比較大的系統(tǒng)開銷（占用CPU容量的25%）。
堆和棧相比院崇，堆適合不可預(yù)知大小的內(nèi)存分配肆氓。但是為此付出的代價(jià)是分配速度較慢，而且會(huì)形成內(nèi)存碎片底瓣。棧內(nèi)存分配則會(huì)非承痪荆快。棧分配內(nèi)存只需要兩個(gè)CPU指令：“PUSH”和“RELEASSE”，分配和釋放拨扶；而堆分配內(nèi)存首先需要去找到一塊大小合適的內(nèi)存塊凳鬓，之后要通過垃圾回收才能釋放。
通過逃逸分析患民，可以盡量把那些不需要分配到堆上的變量直接分配到棧上缩举，堆上的變量少了，會(huì)減輕分配堆內(nèi)存的開銷匹颤，同時(shí)也會(huì)減少gc的壓力仅孩，提高程序的運(yùn)行速度。
逃逸分析是怎么完成的
Go逃逸分析最基本的原則是：如果一個(gè)函數(shù)返回對(duì)一個(gè)變量的引用印蓖，那么它就會(huì)發(fā)生逃逸杠氢。
簡(jiǎn)單來說，編譯器會(huì)分析代碼的特征和代碼生命周期另伍，Go中的變量只有在編譯器可以證明在函數(shù)返回后不會(huì)再被引用的，才分配到棧上绞旅，其他情況下都是分配到堆上摆尝。
Go語言里沒有一個(gè)關(guān)鍵字或者函數(shù)可以直接讓變量被編譯器分配到堆上，相反因悲，編譯器通過分析代碼來決定將變量分配到何處堕汞。
對(duì)一個(gè)變量取地址，可能會(huì)被分配到堆上晃琳。但是編譯器進(jìn)行逃逸分析后讯检，如果考察到在函數(shù)返回后，此變量不會(huì)被引用卫旱，那么還是會(huì)被分配到棧上人灼。套個(gè)取址符，就想騙補(bǔ)助顾翼？Too young投放！
簡(jiǎn)單來說，編譯器會(huì)根據(jù)變量是否被外部引用來決定是否逃逸：
- 如果函數(shù)外部沒有引用适贸，則優(yōu)先放到棧中灸芳；
- 如果函數(shù)外部存在引用，則必定放到堆中拜姿；
針對(duì)第一條烙样，可能放到堆上的情形：定義了一個(gè)很大的數(shù)組，需要申請(qǐng)的內(nèi)存過大蕊肥，超過了棧的存儲(chǔ)能力谒获。
逃逸分析實(shí)例
Go提供了相關(guān)的命令，可以查看變量是否發(fā)生逃逸。
還是用上面我們提到的例子：
package main
import "fmt"
func foo() *int {
t := 3
return &t;
}
func main() {
x := foo()
fmt.Println(*x)
}
foo函數(shù)返回一個(gè)局部變量的指針究反，main函數(shù)里變量x接收它寻定。執(zhí)行如下命令：
go build -gcflags '-m -l' main.go
加-l是為了不讓foo函數(shù)被內(nèi)聯(lián)。得到如下輸出：
# command-line-arguments
src/main.go:7:9: &t escapes to heap
src/main.go:6:7: moved to heap: t
src/main.go:12:14: *x escapes to heap
src/main.go:12:13: main ... argument does not escape
foo函數(shù)里的變量t逃逸了精耐，和我們預(yù)想的一致狼速。讓我們不解的是為什么main函數(shù)里的x也逃逸了？這是因?yàn)橛行┖瘮?shù)參數(shù)為interface類型卦停，比如fmt.Println(a ...interface{})向胡，編譯期間很難確定其參數(shù)的具體類型，也會(huì)發(fā)生逃逸惊完。
使用反匯編命令也可以看出變量是否發(fā)生逃逸僵芹。
go tool compile -S main.go
截取部分結(jié)果，圖中標(biāo)記出來的說明t是在堆上分配內(nèi)存小槐，發(fā)生了逃逸拇派。
總結(jié)
堆上動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存比棧上靜態(tài)分配內(nèi)存，開銷大很多凿跳。
變量分配在棧上需要能在編譯期確定它的作用域件豌，否則會(huì)分配到堆上。
Go編譯器會(huì)在編譯期對(duì)考察變量的作用域控嗜，并作一系列檢查茧彤，如果它的作用域在運(yùn)行期間對(duì)編譯器一直是可知的，那么就會(huì)分配到棧上疆栏。
簡(jiǎn)單來說曾掂，編譯器會(huì)根據(jù)變量是否被外部引用來決定是否逃逸。對(duì)于Go程序員來說壁顶，編譯器的這些逃逸分析規(guī)則不需要掌握珠洗，我們只需通過go build -gcflags '-m'命令來觀察變量逃逸情況就行了。
不要盲目使用變量的指針作為函數(shù)參數(shù)博助，雖然它會(huì)減少?gòu)?fù)制操作险污。但其實(shí)當(dāng)參數(shù)為變量自身的時(shí)候，復(fù)制是在棧上完成的操作富岳，開銷遠(yuǎn)比變量逃逸后動(dòng)態(tài)地在堆上分配內(nèi)存少的多蛔糯。
最后，盡量寫出少一些逃逸的代碼窖式，提升程序的運(yùn)行效率蚁飒。
參考資料
【逃逸是怎么發(fā)生的？很贊 結(jié)尾有很多參考資料】https://www.do1618.com/archives/1328/go-%E5%86%85%E5%AD%98%E9%80%83%E9%80%B8%E8%AF%A6%E7%BB%86%E5%88%86%E6%9E%90/
【Go的變量到底在堆還是棧中分配】https://github.com/developer-learning/night-reading-go/blob/master/content/discuss/2018-07-09-make-new-in-go.md
【Golang堆棧的理解】https://segmentfault.com/a/1190000017498101
【逃逸分析 編寫棧分配內(nèi)存建議】https://segment.com/blog/allocation-efficiency-in-high-performance-go-services/
【逃逸分析 比較簡(jiǎn)潔】https://studygolang.com/articles/17584
【逃逸分析定義】https://cloud.tencent.com/developer/article/1117410
【逃逸分析例子】https://my.oschina.net/renhc/blog/2222104
https://gocn.vip/article/355
【匯編代碼 傳參】https://github.com/maniafish/about_go/blob/master/heap_stack.md
【逃逸分析的缺陷】https://studygolang.com/articles/12396
【比較好的逃逸分析的例子】http://www.agardner.me/golang/garbage/collection/gc/escape/analysis/2015/10/18/go-escape-analysis.html
