Go中的内存分配器设计与实现 Go的内存分配器基于TCMalloc（Thread-Caching Malloc）设计，但针对Go的并发模型和垃圾回收机制进行了优化。其核心目标是减少锁竞争、提高内存分配效率，并配合GC高效管理内存。下面逐步分解其设计原理和实现机制。 1. 内存管理层次结构 Go将内存分为三个层次管理： 线程缓存（mcache） ：每个P（逻辑处理器）关联一个本地缓存，无锁分配小对象。 中心缓存（mcentral） ：全局缓存，管理不同大小级别的内存块，需加锁访问。 页堆（mheap） ：管理大内存（如直接分配超过32KB的对象），负责向操作系统申请内存。 细节说明 mcache 按大小分类的span（连续内存块）列表，每个P独享，避免锁竞争。 mcentral 维护两个span链表： nonempty ：有可用内存的span。 empty ：已无可用内存的span（等待回收）。 mheap 管理全局的span，并通过 arena （连续虚拟内存）向操作系统申请内存（通常以64MB为单位）。 2. 内存大小分类 Go将小对象（≤32KB）按大小分为约70个级别（size class），每个级别对应固定大小的内存块（如8B、16B、24B…）。例如： 申请18B内存时，实际分配24B的内存块（取最接近且≥18B的级别）。 每个span被划分为多个相同大小的对象，供分配使用。 为什么分级？ 减少内存碎片：相同大小的对象集中管理。 加速分配：通过大小直接定位到对应级别的span，无需遍历。 3. 分配流程 小对象（≤32KB）分配 确定size class ：根据对象大小找到对应的级别。 从mcache获取span ： 如果当前span有可用对象，直接分配并返回。 如果span耗尽，从mcentral申请新的span补充到mcache。 mcentral分配span ： 从 nonempty 链表找到可用span，将其移动到 empty 链表。 如果无可用span，向mheap申请新的span。 大对象（>32KB）分配 直接调用 mheap.alloc 分配所需大小的span（可能涉及虚拟内存申请）。 4. 垃圾回收与内存回收 垃圾回收（GC） 标记阶段会扫描存活对象，回收未引用的内存。 span回收 ：当span中所有对象都被释放后，会被交还给mheap，可能合并成更大span以减少碎片。 mcache回收 ：GC期间，mcache中未使用的span会被归还到mcentral，避免P本地缓存过多内存。 5. 优化特性 无锁分配 ：小对象分配在mcache中无需加锁。 零分配优化 ：如 sync.Pool 复用对象，减少分配压力。 内存对齐 ：对象按8字节对齐，避免CPU访问异常。 总结 Go的内存分配器通过分层设计平衡了分配效率与内存利用率，其核心思想是： 小对象通过本地缓存无锁分配。 中心缓存平衡不同P的内存需求。 页堆管理大内存并对接操作系统。 这种设计在高并发场景下显著降低了锁竞争，同时适配了Go的GC机制。