2.5.1.6 内存管理
作为入门学习一门编程语言；我们还是必须要对该语言编译及运行时的内存分配有一定的了解，这样可能你会更容易去深深的理解语言基础中的一些问题；这里我们也简要的了解一些Golang里变量的内存分配的基础知识
计算机组成里两个非常重要的概念：堆和栈
( Stack )是一种拥有特殊的线性表数据结构；栈只允许往线性表的的顶端放入数据，顶端取出数据，按照后进先出(LIFO,
Last In First Out )的顺序进行数据读写的操作；
往栈中放入元素的过程叫做入栈。入栈会增加栈的元素数 ，最后放入的元素总是栈的顶部，最先放入的元素总是位于拢的底部。
从栈中取出元素时，只能从栈顶部取出，取出元素后，栈的元素数量会变少。最先放入栈的元素总是最后被取出，最后放入栈的元素总是最先被取出。 大家可以看到栈的这种数据存取的方式，和我们上面讲到的局部变量的作用域的方式很类似；的确，在很多语言里，对于局部变量的内存管理，都是使用的栈的这种数据结构进行管理；栈用于内存分配，分配和回收速度非常快；同样的，在Golang也是如此，Golang默认情况下会将局部变量分配在栈上，当局部变量的作用域结束(代码块结束)；局部变量就不再使用，保存在栈的上内存进行出栈；并释放内存，整个分配内存和回收内存的过程通过战的分配和回收都会非常迅速；
( Heap )堆内存是区别于栈区、全局数据区和代码区的另一个内存区域。堆允许程序在运行时动态地申请某个大小的内存空间；Golang将堆地址空间划分成了一个一个的arena，在amd64架构的Linux环境下，每个arena的大小是64MB，起始地址也对齐到64MB，每个arena包含8192个page，所以每个page大小为8KB。但各空间分布可能不在连续的一段地址，而被分配在不同的区域，由于无法有一段连续的空间；所以堆内存空间可能在多次的分配回收过后；而使得空间出现混乱而碎片的情况，堆管理内存分配器就需要对这些空间进行调优，堆分配内存和栈分配内存相比，堆适合不可预知大小的内存分配。但是为此付出的代价是分配速度较慢，而且会形成内存碎片。
堆与栈区别
堆：一般来讲是人为手动进行管理，手动申请、分配、释放。一般所涉及的内存大小并不定，一般会存放较大的对象。另外其分配相对慢，涉及到的指令动作也相对多
栈：由编译器进行管理，自动申请、分配、释放。一般不会太大，我们常见的函数参数（不同平台允许存放的数量不同），局部变量等等都会存放在栈上
内存分配策略
Golang的内存统一由内存管理器管理，Golang内存管理器是基于Google自身开源的TCMalloc内存分配器为理念设计和实现的；TCMalloc全称Thread Cache Memory alloc线程缓存内存分配器。顾名思义就是给线程添加内存缓存，减少竞争从而提高性能，当线程内存不足时才会加锁去共享的内存中获取内存。
Golang采用了和TCMalloc内存分配器一样的三层逻辑架构：
mcache：线程缓存Per-P（Processer，具体参见go中G，M，P的概念）私有cache，用于实现无锁的object分配
mcentral：中央缓存全局内存，为各个cache提供按大小划分好的span
mheap：堆内存全局内存，page管理，内存不足时向系统申请
中央缓存central是一个由136个mcentral类型元素的数组构成。
mcache被逻辑处理器p持有，而并不是被真正的系统线程m持有。
Golang通过将内存分配流程分为三个层级，既能保证Processer级别（mcache）的无锁分配，又能在mcentral级别实现内存全局共享，避免浪费。
Golang内存管理器将内存申请按大小分为三种类型：tiny，small，large。tiny是小于16个byte的申请，small是小于32KB的申请，大于32KB为large把申请的内存对象
三类内存对象如下：
微对象 0 < Micro Object < 16B
小对象 16B =< Small Object <= 32KB
大对象 32KB < Large Object
为了清晰看出这三层的关系，这里以堆上分配小对象为例：
先去线程缓存
mcache中分配内存找不到时，再去中央缓存
central中分配内存最后直接去堆上
mheap分配一块内存 对应SizeClass的PageHeap中分配large对象的申请，跳过了mcache和mcentral
内存申请流程：
计算对象大小，按预定义的sizeclass表（见下）从私有的mcache中找到对应规格的mspan。比如大小为112 byte的对象，对应8192 byte大小的mspan。然后通过mspan的空闲bitmap查找空闲的块，如果空闲块存在，分配完成。
以上是mcache内的分配操作，不需要加锁。
如果mspan没有空闲块，则向mcentral申请对应大小的空闲mspan。比如112 byte的对象，需要向mcentral申请8192 byte大小的空闲mspan。
由于申请获取全局的mspan，需要在mcentral级别加锁。
如果mcentral中没有空闲mspan，则向mheap申请，并划分object。
如果mheap没有足够的空闲page，则向操作系统申请不少于1M的page。
sizeclass表
// sizeclass
// class bytes/obj bytes/span objects waste bytes
// 1 8 8192 1024 0
// 2 16 8192 512 0
// 3 32 8192 256 0
// 4 48 8192 170 32
// 5 64 8192 128 0
// 6 80 8192 102 32
// 7 96 8192 85 32
// 8 112 8192 73 16
// 9 128 8192 64 0
// 10 144 8192 56 128
// 11 160 8192 51 32
// 12 176 8192 46 96
// 13 192 8192 42 128
// 14 208 8192 39 80
// 15 224 8192 36 128
// 16 240 8192 34 32
// 17 256 8192 32 0
// 18 288 8192 28 128
// 19 320 8192 25 192
// 20 352 8192 23 96
// 21 384 8192 21 128
// 22 416 8192 19 288
// 23 448 8192 18 128
// 24 480 8192 17 32
// 25 512 8192 16 0
// 26 576 8192 14 128
// 27 640 8192 12 512
// 28 704 8192 11 448
// 29 768 8192 10 512
// 30 896 8192 9 128
// 31 1024 8192 8 0
// 32 1152 8192 7 128
// 33 1280 8192 6 512
// 34 1408 16384 11 896
// 35 1536 8192 5 512
// 36 1792 16384 9 256
// 37 2048 8192 4 0
// 38 2304 16384 7 256
// 39 2688 8192 3 128
// 40 3072 24576 8 0
// 41 3200 16384 5 384
// 42 3456 24576 7 384
// 43 4096 8192 2 0
// 44 4864 24576 5 256
// 45 5376 16384 3 256
// 46 6144 24576 4 0
// 47 6528 32768 5 128
// 48 6784 40960 6 256
// 49 6912 49152 7 768
// 50 8192 8192 1 0
// 51 9472 57344 6 512
// 52 9728 49152 5 512
// 53 10240 40960 4 0
// 54 10880 32768 3 128
// 55 12288 24576 2 0
// 56 13568 40960 3 256
// 57 14336 57344 4 0
// 58 16384 16384 1 0
// 59 18432 73728 4 0
// 60 19072 57344 3 128
// 61 20480 40960 2 0
// 62 21760 65536 3 256
// 63 24576 24576 1 0
// 64 27264 81920 3 128
// 65 28672 57344 2 0
// 66 32768 32768 1 0
分配过程，简而言之如下图所示
最后汇总内存管理大致策略：(go1.18)
申请一块较大的地址空间（虚拟内存），用于内存分配及管理（golang：spans+bitmap+arena->512M+16G+512G）
当空间不足时，向系统申请一块较大的内存，如100KB或者1MB
申请到的内存块按特定的size，被分割成多种小块内存（如上
sizeclass），并用链表管理起来创建对象时，按照对象大小，从空闲链表中查找到最适合的内存块
销毁对象时，将对应的内存块返还空闲链表中以复用
空闲内存达到阈值时，返还操作系统
在Golang语⾔⾥，从内存的分配到不再使⽤后内存的回收等等这些内存管理⼯作都是由在底层完成的。虽然开发者在写代码时不必过度⼼内存从分配到回收这个过程，但是的内存分配策略⾥有不少有意思的设计，通过了解他们有助于我们⾃⾝的提⾼，也让我们能写出更⾼ 效的Golang的代码。