Go1.20 arena 能手動管理內存了，怎么用？

作者：陳煎魚 2023-02-26 22:47:45

開發前端

最近 Go1.20 中的手動管理內存受到了很多人的關注。眾所周知，Go 是一門帶垃圾回收（GC）的編程語言，可以進行自動的內存申請、釋放等內存操作。

大家好，我是煎魚。

最近 Go1.20 中的手動管理內存受到了很多人的關注。眾所周知，Go 是一門帶垃圾回收（GC）的編程語言，可以進行自動的內存申請、釋放等內存操作。

帶 GC 能簡化編程時的心智成本，也保證了內存的安全。我們說 “一般”，也就是有例外。人們說六個，一般都有七個。

Go 的例外就出現了。

Go1.20 arena

新版本 Go1.20，基于 Google 自身的需求，快速通過了實踐，正式支持了 arena，能夠實現手動的內存管理（當前是實驗性特性）。

現在可以通過 GOEXPERIMENT=arenas 環境變量啟用：

GOEXPERIMENT=arenas go run main.go

該特性可以讓程序員手動的從一個連續的內存區域申請、分配一組內存對象，也可以一次性的釋放。

重點是可以手動管理內存。

提供的 arena API

NewArena：創建一個新的 arena 內存空間。
Free：釋放 arena 及其關聯對象。
New：基于 arena，創建新對象。
MakeSlice：基于 arena，創建新切片。
Clone：克隆一個 arena 的對象，并移動到內存堆上。

一些 arena 例子

以下案例和性能測試是基于 uptrace 在 Golang memory arenas [101 guide][1] 中分享的 arena 例子，本處進行引用，我就不自創一份了。

很適合在初學時作為 Demo 使用，打算也留著自己下次用時結合文檔翻一番。

arena.NewArena

一起來快速入門。代碼如下：

import "arena"

type T struct{
 Foo string
 Bar [16]byte
}

func processRequest(req *http.Request) {
 // 在函數開頭創建一個 arena
 mem := arena.NewArena()
 // 在函數結束時釋放 arena
 defer mem.Free()

 // 從申請的 arena 中申請一些對象
 for i := 0; i < 10; i++ {
  obj := arena.New[T](mem "T")
 }

 // 從申請的 arena 中申請切片對象（指定長度和容量）
 slice := arena.MakeSlice[T](mem, 100, 200 "T")
}

arena.Clone

如果要單獨使用某個申請出來的對象。可以借助 Clone 方法進行單獨處理。

如下代碼：

// 創建一個 arena
mem := arena.NewArena()

obj1 := arena.New[T](mem "T") // 分配一個 arena 對象
obj2 := arena.Clone(obj1) // 拷貝一個 arena 上的對象，移動到內存堆上
fmt.Println(obj2 == obj1) // 即使是基于拷貝出來的，兩者并不完全等價

// 釋放 arena，obj1 不可使用，obj2 可正常使用
mem.Free()

釋放了最早申請的 arena，Clone 方法在這里將會把 obj1 拷貝到新的內存堆上，再賦值給 obj2。后續要單獨用 obj2 就可以繼續使用。

reflect.ArenaNew

也可以結合 arena 和 reflect 兩個標準庫來進行使用。如下代碼：

var typ = reflect.TypeOf((*T)(nil)).Elem()

mem := arena.NewArena()
defer mem.Free()

value := reflect.ArenaNew(mem, typ)
fmt.Println(value.Interface().(*T))

arena.MakeSlice

該方法的常規用法：

arena.MakeSlice[string](mem, length, capacity "string")

如果需要申請一個新切片并追加元素：

slice := arena.MakeSlice[string](mem, 0, 0 "string")
slice = append(slice, "")

需要注意的是，arena 目前不支持 map。但你可以通過泛型來實現類似的效果。

arena.String

原則上 arena 不支持 string。但是我們依然可以通過 unsafe.String 方法的騷操作來變相實現。

如下代碼：

src := "腦子進煎魚了"

mem := arena.NewArena()
defer mem.Free()

bs := arena.MakeSlice[byte](mem, len(src "byte"), len(src))
copy(bs, src)
str := unsafe.String(&bs[0], len(bs))

在申請的 arena 釋放后，該對應的 string 就無法使用了，需要特別注意。

性能表現

這個允許手工管理內存的 arena 的特性是來源于內部，提案也是一路綠燈通過。（懂得懂）。

自述已經為 Google 許多應用節省了高達 15% 的 CPU 和內存使用量，主要原因是減少了垃圾收集 CPU 時間和堆內存使用量。

經過在 vmihailenco/golang-memory-arenas[2] 項目中實際的性能對比。

沒有用 arena：

/usr/bin/time go run arena_off.go
77.27user 1.28system 0:07.84elapsed 1001%CPU (0avgtext+0avgdata 532156maxresident)k
30064inputs+2728outputs (551major+292838minor)pagefaults 0swaps

使用了 arena：

GOEXPERIMENT=arenas /usr/bin/time go run arena_on.go
35.25user 5.71system 0:05.09elapsed 803%CPU (0avgtext+0avgdata 385424maxresident)k
48inputs+3320outputs (417major+63931minor)pagefaults 0swaps

使用了 arena 的代碼運行速度更快，且使用的內存更少。

總結

Go 的各位大大們在性能優化中，不斷地試圖壓榨 Go 的潛力。現在已經到了手工管理內存的階段了。

實際的測試結果來看，是有作用的。

有興趣的小伙伴可以在 Go1.20 起就開始試用。不過需要注意，該特性由于發現了嚴重的 API 問題（想把 arena 應用到其他的標準庫中，但這是個大事件），社區還需要認真思考后續的發展，現階段處于處于停滯狀態。

從這次提案來看，真的是，內部需求一路猛如虎，直接沖上 master。外部需求就畏畏縮縮了。真雙標？

責任編輯：武曉燕來源：腦子進煎魚了

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