Как устроена куча в языке Go?

В Golang, куча (heap) — это область памяти, где размещаются динамически выделенные объекты. Управление этой памятью осуществляется автоматически сборщиком мусора.

Ключевые аспекты:

• Динамическое выделение: Объекты небольшого размера и короткого времени жизни, где компилятор не может доказать, что их время жизни ограничено пределами функции или стека, или которые выделяются с помощью new или взятия адреса (&), обычно размещаются в куче.
• Сборщик мусора (GC): Go использует concurrent, триколорный, Mark-and-Sweep сборщик мусора. Он работает одновременно с выполнением программы, минимизируя паузы.
  • Mark (Пометка): GC обходит достижимые объекты из корневых указателей (локальные переменные на стеках, глобальные переменные) и помечает их как "живые".
  • Sweep (Зачистка): GC проходит по всей доступной куче и освобождает память, занятую объектами, которые не были помечены как "живые".
  • Concurrent: GC работает в отдельных горутинах, уменьшая задержки в работе основной программы.
• Escape Analysis: Компилятор Golang проводит анализ (escape analysis), чтобы определить, куда указывает переменная или значение — на стек или на кучу. Если переменная или структурное поле может быть доступно после возврата из текущей горутины, оно, скорее всего, будет выделено в куче. В противном случае, оно может быть выделено на стеке.

  // Пример escape analysis.
  // Этот объект, скорее всего, будет выделен в куче,
  // так как возвращается указатель.
  func createPoint() *Point {
      p := Point{X: 1, Y: 2}
      return &p // Указатель "убегает" из функции
  }
  
  // Этот объект, скорее всего, будет выделен на стеке,
  // так как он не доступен после завершения функции.
  func processValue() {
      val := 10
      println(val)
  }
  
  type Point struct {
      X, Y int
  }
  

• Разделение на арены (Arenas): Куча в Go может быть разделена на несколько арены, что помогает сборщику мусора работать более эффективно, особенно на многопроцессорных системах.
• Использование mmap: Golang использует системный вызов mmap (Memory Map) для выделения больших блоков виртуальной памяти для кучи.
• Непрерывность: В отличие от некоторых языков, Go не гарантирует физическую непрерывность объектов в куче. Память может быть фрагментирована.
• Отсутствие ручного управления памятью: Разработчику не нужно явно выделять или освобождать память в куче. GC делает это автоматически.

Стек и куча в Golang выполняют разные роли: