Go 语言里中的堆与栈

在 Go 语言里，堆和栈是内存管理的两个重要概念，它们在多个方面存在明显差异：

1. 内存分配与回收方式

• 栈
  • 分配：Go 语言中，栈内存主要用于存储函数的局部变量和调用信息。当一个函数被调用时，Go 会自动为其在栈上分配一块内存空间，用于存放该函数的局部变量，这个过程由编译器和运行时系统自动完成，速度非常快。
  • 回收：当函数执行完毕返回时，栈上分配的内存会自动被回收，无需程序员手动干预。这种自动回收机制基于栈的后进先出（LIFO）特性，确保了内存的高效管理。
• 堆
  • 分配：堆内存用于存储那些在函数调用结束后仍然需要存在的数据，比如通过 new 关键字或 make 函数创建的对象。当需要在堆上分配内存时，Go 的运行时系统会进行一系列操作，包括查找合适的内存块、进行内存对齐等，因此分配过程相对复杂，速度较慢。
  • 回收：堆内存的回收由 Go 的垃圾回收器（GC）负责。垃圾回收器会定期扫描堆内存，标记那些不再被引用的对象，然后将其占用的内存回收。垃圾回收的过程会消耗一定的系统资源，并且可能会导致程序出现短暂的停顿。

2. 数据存储特性

• 栈
  • 存储内容：主要存储函数的局部变量、函数调用的上下文信息（如返回地址、调用者的栈指针等）。这些变量的生命周期通常与函数的执行周期相同，函数结束时，这些变量就会被销毁。
  • 数据访问：栈上的数据访问速度快，因为栈是一块连续的内存区域，并且其操作遵循后进先出的原则，使得数据的定位和访问非常高效。
• 堆
  • 存储内容：存储那些需要在多个函数之间共享的数据，或者生命周期较长的数据。例如，通过 make 函数创建的切片、映射和通道等对象通常存储在堆上。
  • 数据访问：堆上的数据访问相对较慢，因为需要通过指针来间接访问，而且堆内存的布局可能比较分散，不连续。

3. 内存空间大小和限制

• 栈
  • 每个 Goroutine 都有自己独立的栈空间，栈空间的初始大小是固定的，并且在运行过程中可以动态增长或收缩。不过，栈空间的大小是有限制的，如果栈空间使用超过了限制，会导致栈溢出错误（Stack Overflow）。
• 堆
  • 堆内存的大小通常受限于系统的物理内存和虚拟内存空间。只要系统还有可用的内存，就可以在堆上分配新的对象。但如果堆内存使用过度，会导致系统性能下降，甚至出现内存不足的错误。

4. 数据逃逸分析

在 Go 语言中，编译器会进行逃逸分析，来决定一个变量是分配在栈上还是堆上。

• 如果一个变量的生命周期只在函数内部，并且不会被外部引用，那么它通常会被分配到栈上。
• 如果一个变量的生命周期超出了函数的范围，或者会被外部引用，那么它会逃逸到堆上。逃逸分析有助于优化内存使用，减少垃圾回收的压力。

示例代码说明

package main

func stackVariable() {
    // 这个变量会分配在栈上，因为它的生命周期只在函数内部
    num := 10
    println(num)
}

func heapVariable() *int {
    // 这个变量会逃逸到堆上，因为它的指针被返回，生命周期超出了函数范围
    num := new(int)
    *num = 20
    return num
}

func main() {
    stackVariable()
    result := heapVariable()
    println(*result)
}

在上述代码中，stackVariable 函数中的 num 变量会分配在栈上，而 heapVariable 函数中通过 new 创建的 num 变量会逃逸到堆上