golang手动管理内存
|
作者：JohnGraham-Cumming.原文点击此处。翻译：Lubia Yang 前些天我介绍了我们对Lua的使用，implementournewWebApplicationFirewall. 另一种在CloudFlare（作者的公司）变得非常流行的语言是Golang。在过去，我写了一篇howweuseGo来介绍类似Railgun的网络服务的编写。 用Golang这样带GC的语言编写长期运行的网络服务有一个很大的挑战，那就是内存管理。 为了理解Golang的内存管理有必要对run-time源码进行深挖。有两个进程区分应用程序不再使用的内存，当它们看起来不会再使用，就把它们归还到操作系统（在Golang源码里称为scavenging）。 这里有一个简单的程序制造了大量的垃圾（garbage），每秒钟创建一个5,000,000到10,000bytes的数组。程序维持了20个这样的数组，其他的则被丢弃。程序这样设计是为了模拟一种非常常见的情况：随着时间的推移，程序中的不同部分申请了内存，有一些被保留，但大部分不再重复使用。在Go语言网络编程中，用goroutines来处理网络连接和网络请求时（networkconnectionsorrequests），通常goroutines都会申请一块内存（比如slice来存储收到的数据）然后就不再使用它们了。随着时间的推移，会有大量的内存被网络连接（networkconnections）使用，连接累积的垃圾comeandgone
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"runtime"
"time"
)
func makeBuffer() []byte {
return make([]byte,rand.Intn(5000000)+5000000)
}
func main() {
pool := make([][]byte,20)
var m runtime.MemStats
makes := 0
for {
b := makeBuffer()
makes += 1
i := rand.Intn(len(pool))
pool[i] = b
time.Sleep(time.Second)
bytes := 0
for i := 0; i < len(pool); i++ {
if pool[i] != nil {
bytes += len(pool[i])
}
}
runtime.ReadMemStats(&m)
fmt.Printf("%d,%d,%dn",m.HeapSys,bytes,m.HeapAlloc,m.HeapIdle,m.HeapReleased,makes)
}
}
程序使用
runtime.ReadMemStats函数来获取堆的使用信息。它打印了四个值，
GC在Golang中运行的很频繁（参见GOGC环境变量（GOGCenvironmentvariable）来理解怎样控制垃圾回收操作），因此在运行中由于一些内存被标记为”未使用“，堆上的内存大小会发生变化：这会导致HeapAlloc和HeapIdle发生变化。Golang中的scavenger会释放那些超过5分钟仍然没有再使用的内存，因此HeapReleased不会经常变化。 下面这张图是上面的程序运行了10分钟以后的情况： (在这张和后续的图中，左轴以是以byte为单位的内存大小，右轴是程序执行次数) 红线展示了pool中bytebuffers的数量。20个buffers很快达到150,000bytes。最上方的蓝色线表示程序从操作系统申请的内存。稳定在375,000bytes。因此程序申请了2.5倍它所需的空间！ 当GC发生时，HeapIdle和HeapAlloc发生跳变。橘色的线是makeBuffer()发送的次数。 这种过度的内存申请是有GC的程序的通病，参见这篇paper QuantifyingthePerformanceofGarbageCollectionvs.ExplicitMemoryManagement 程序不断执行，idlememory（即HeapIdle）会被重用，但很少归还到操作系统。 解决此问题的一个办法是在程序中手动进行内存管理。例如， 程序可以这样重写：
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"runtime"
"time"
)
func makeBuffer() []byte {
return make([]byte,rand.Intn(5000000)+5000000)
}
func main() {
pool := make([][]byte,20)
buffer := make(chan []byte,5)
var m runtime.MemStats
makes := 0
for {
var b []byte
select {
case b = <-buffer:
default:
makes += 1
b = makeBuffer()
}
i := rand.Intn(len(pool))
if pool[i] != nil {
select {
case buffer <- pool[i]:
pool[i] = nil
default:
}
}
pool[i] = b
time.Sleep(time.Second)
bytes := 0
for i := 0; i < len(pool); i++ {
if pool[i] != nil {
bytes += len(pool[i])
}
}
runtime.ReadMemStats(&m)
fmt.Printf("%d,makes)
}
}
这张图展示了完全不同的情况。实际使用的buffer几乎等于从操作系统中申请的内存。同时GC几乎没有工作可做。堆上只有很少的HeapIdle最终需要归还到操作系统。 这段程序中内存回收机制的关键操作就是一个缓冲的channel——buffer，在上面的代码中，buffer是一个可以存储5个[]byteslice的容器。当程序需要空间时，首先会使用select从buffer中读取：
这永远不会阻塞因为如果channel中有数据，就会被读出，如果channel是空的（意味着接收会阻塞），则会创建一个。 使用类似的非阻塞机制将slice回收到buffer：
如果buffer这个channel满了，则以上的写入过程会阻塞，这种情况下default触发。这种简单的机制可以用于安全的创建一个共享池，甚至可通过channel传递实现多个goroutines之间的完美、安全共享。 在我们的实际项目中运用了相似的技术，实际使用中（简单版本）的回收器（recycler）展示在下面，有一个goroutine处理buffers的构造并在多个goroutine之间共享。get(获取一个新buffer)和give(回收一个buffer到pool)这两个channel被所有goroutines使用。 回收器对收回的buffer保持连接，并定期的丢弃那些过于陈旧可能不会再使用的buffer（在示例代码中这个周期是一分钟）。这让程序可以自动应对爆发性的buffers需求。
package main
import (
"container/list"
"fmt"
"math/rand"
"runtime"
"time"
)
var makes int
var frees int
func makeBuffer() []byte {
makes += 1
return make([]byte,rand.Intn(5000000)+5000000)
}
type queued struct {
when time.Time
slice []byte
}
func makeRecycler() (get,give chan []byte) {
get = make(chan []byte)
give = make(chan []byte)
go func() {
q := new(list.List)
for {
if q.Len() == 0 {
q.PushFront(queued{when: time.Now(),slice: makeBuffer()})
}
e := q.Front()
timeout := time.NewTimer(time.Minute)
select {
case b := <-give:
timeout.Stop()
q.PushFront(queued{when: time.Now(),slice: b})
case get <- e.Value.(queued).slice:
timeout.Stop()
q.Remove(e)
case <-timeout.C:
e := q.Front()
for e != nil {
n := e.Next()
if time.Since(e.Value.(queued).when) > time.Minute {
q.Remove(e)
e.Value = nil
}
e = n
}
}
}
}()
return
}
func main() {
pool := make([][]byte,20)
get,give := makeRecycler()
var m runtime.MemStats
for {
b := <-get
i := rand.Intn(len(pool))
if pool[i] != nil {
give <- pool[i]
}
pool[i] = b
time.Sleep(time.Second)
bytes := 0
for i := 0; i < len(pool); i++ {
if pool[i] != nil {
bytes += len(pool[i])
}
}
runtime.ReadMemStats(&m)
fmt.Printf("%d,m.HeapAlloc
m.HeapIdle,makes,frees)
}
}
执行程序10分钟，图像会类似于第二幅： 这些技术可以用于程序员知道某些内存可以被重用，而不用借助于GC，可以显著的减少程序的内存使用，同时可以使用在其他数据类型而不仅是[]byteslice，任意类型的Gotype（用户定义的或许不行（user-definedornot））都可以用类似的手段回收。 （编辑：李大同） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |