go语言全局变量加锁 go 全局变量可以在别的文件使用吗

（十一）golang 内存分析

编写过C语言程序的肯定知道通过malloc()方法动态申请内存，其中内存分配器使用的是glibc提供的ptmalloc2。 除了glibc，业界比较出名的内存分配器有Google的tcmalloc和Facebook的jemalloc。二者在避免内存碎片和性能上均比glic有比较大的优势，在多线程环境中效果更明显。

Golang中也实现了内存分配器，原理与tcmalloc类似，简单的说就是维护一块大的全局内存，每个线程(Golang中为P)维护一块小的私有内存，私有内存不足再从全局申请。另外，内存分配与GC（垃圾回收）关系密切，所以了解GC前有必要了解内存分配的原理。

为了方便自主管理内存，做法便是先向系统申请一块内存，然后将内存切割成小块，通过一定的内存分配算法管理内存。 以64位系统为例，Golang程序启动时会向系统申请的内存如下图所示：

预申请的内存划分为spans、bitmap、arena三部分。其中arena即为所谓的堆区，应用中需要的内存从这里分配。其中spans和bitmap是为了管理arena区而存在的。

arena的大小为512G，为了方便管理把arena区域划分成一个个的page，每个page为8KB,一共有512GB/8KB个页；

spans区域存放span的指针，每个指针对应一个page，所以span区域的大小为(512GB/8KB)乘以指针大小8byte = 512M

bitmap区域大小也是通过arena计算出来，不过主要用于GC。

span是用于管理arena页的关键数据结构，每个span中包含1个或多个连续页，为了满足小对象分配，span中的一页会划分更小的粒度，而对于大对象比如超过页大小，则通过多页实现。

根据对象大小，划分了一系列class，每个class都代表一个固定大小的对象，以及每个span的大小。如下表所示：

上表中每列含义如下：

class： class ID，每个span结构中都有一个class ID, 表示该span可处理的对象类型

bytes/obj：该class代表对象的字节数

bytes/span：每个span占用堆的字节数，也即页数乘以页大小

objects: 每个span可分配的对象个数，也即（bytes/spans）/（bytes/obj）waste

bytes: 每个span产生的内存碎片，也即（bytes/spans）%（bytes/obj）上表可见最大的对象是32K大小，超过32K大小的由特殊的class表示，该class ID为0，每个class只包含一个对象。

span是内存管理的基本单位,每个span用于管理特定的class对象, 跟据对象大小，span将一个或多个页拆分成多个块进行管理。src/runtime/mheap.go:mspan定义了其数据结构：

以class 10为例，span和管理的内存如下图所示：

spanclass为10，参照class表可得出npages=1,nelems=56,elemsize为144。其中startAddr是在span初始化时就指定了某个页的地址。allocBits指向一个位图，每位代表一个块是否被分配，本例中有两个块已经被分配，其allocCount也为2。next和prev用于将多个span链接起来，这有利于管理多个span，接下来会进行说明。

有了管理内存的基本单位span，还要有个数据结构来管理span，这个数据结构叫mcentral，各线程需要内存时从mcentral管理的span中申请内存，为了避免多线程申请内存时不断的加锁，Golang为每个线程分配了span的缓存，这个缓存即是cache。src/runtime/mcache.go:mcache定义了cache的数据结构

alloc为mspan的指针数组，数组大小为class总数的2倍。数组中每个元素代表了一种class类型的span列表，每种class类型都有两组span列表，第一组列表中所表示的对象中包含了指针，第二组列表中所表示的对象不含有指针，这么做是为了提高GC扫描性能，对于不包含指针的span列表，没必要去扫描。根据对象是否包含指针，将对象分为noscan和scan两类，其中noscan代表没有指针，而scan则代表有指针，需要GC进行扫描。mcache和span的对应关系如下图所示：

mchache在初始化时是没有任何span的，在使用过程中会动态的从central中获取并缓存下来，跟据使用情况，每种class的span个数也不相同。上图所示，class 0的span数比class1的要多，说明本线程中分配的小对象要多一些。

cache作为线程的私有资源为单个线程服务，而central则是全局资源，为多个线程服务，当某个线程内存不足时会向central申请，当某个线程释放内存时又会回收进central。src/runtime/mcentral.go:mcentral定义了central数据结构：

lock: 线程间互斥锁，防止多线程读写冲突

spanclass : 每个mcentral管理着一组有相同class的span列表

nonempty: 指还有内存可用的span列表

empty: 指没有内存可用的span列表

nmalloc: 指累计分配的对象个数线程从central获取span步骤如下：

将span归还步骤如下：

从mcentral数据结构可见，每个mcentral对象只管理特定的class规格的span。事实上每种class都会对应一个mcentral,这个mcentral的集合存放于mheap数据结构中。src/runtime/mheap.go:mheap定义了heap的数据结构：

lock： 互斥锁

spans: 指向spans区域，用于映射span和page的关系

bitmap：bitmap的起始地址

arena_start: arena区域首地址

arena_used: 当前arena已使用区域的最大地址

central: 每种class对应的两个mcentral

从数据结构可见，mheap管理着全部的内存，事实上Golang就是通过一个mheap类型的全局变量进行内存管理的。mheap内存管理示意图如下：

系统预分配的内存分为spans、bitmap、arean三个区域，通过mheap管理起来。接下来看内存分配过程。

针对待分配对象的大小不同有不同的分配逻辑：

(0, 16B) 且不包含指针的对象： Tiny分配

(0, 16B) 包含指针的对象：正常分配

[16B, 32KB] : 正常分配

(32KB, -) : 大对象分配其中Tiny分配和大对象分配都属于内存管理的优化范畴，这里暂时仅关注一般的分配方法。

以申请size为n的内存为例，分配步骤如下：

Golang内存分配是个相当复杂的过程，其中还掺杂了GC的处理，这里仅仅对其关键数据结构进行了说明，了解其原理而又不至于深陷实现细节。1、Golang程序启动时申请一大块内存并划分成spans、bitmap、arena区域

2、arena区域按页划分成一个个小块。

3、span管理一个或多个页。

4、mcentral管理多个span供线程申请使用

5、mcache作为线程私有资源，资源来源于mcentral。

父线程和子线程之间访问同一个全局变量需要加锁吗？

你所说的父线程是指 A线程在方法中开启了B线程，A为B的父吧？

你可以理解为，A在开启B以后，A和B就是两个独立的线程了，访问同一个变量存在不同步的风险，那么显然如果有需要，是要在访问这个变量的方法中加锁的

两个线程加锁累加全局变量,全局变量的值一定正确吗

两个线程加锁累加全局变量，全局变量的值一定正确。当VALUE的数据很大时，两个线程同时执行的概率就很大，导致计算不准确，以至于产生脏数据，所以对数据加锁是必要的。

go全局变量可以在别的文件使用吗

可以。由于 Go 语言采用go语言全局变量加锁了包的概念go语言全局变量加锁，因此只要将变量定义在全局范围内go语言全局变量加锁，其定义的位置在包内的任何地方都是可见的。在其他 Go 源代码文件中go语言全局变量加锁，只需使用 import 导入对应的包，就可以访问该包中公开（即首字母大写）的全局变量go语言全局变量加锁了。需要注意的是，不同包中的全局变量不能直接访问，只能通过定义特殊的函数或方法来实现跨包访问。同时，全局变量也需要考虑多线程安全，可以使用原子操作或者加锁等方式来保证线程安全。

多线程同时去一个全局变量执行写的操作，如何保证线程

如果是全局变量，而各个线程又都要能读写，而且不能被别的线程覆盖掉，那只能是加锁，

lock(全局变量)

{

doSomeThing();

}

但是这样会影响多线程的并发，如果是私有变量就不存在这个问题了，

go语言的map多协程访问时需要加锁吗

go语言的map多协程访问时需要加锁

支持==和!=操作就可以做key，实际上只有function、map、slice三个kind不支持作为key，因为只能和nil比较不能和另一个值比较。布尔、整型、浮点、复数、字符串、指针、channel等都可以做key。

struct能不能做key要看每一个字段，如果所有字段都可以做key，那这个struct就可以。有一个字段不能做key，这个struct就不能做key。array也是，元素类型能做key，那这个array就可以。

例如：

type Foo map[struct {

B bool

I int

F float64

C complex128

S string

P *Foo

Ch chan Foo

}]bool

每一个字段都可以做key，Foo就可以做key。再如：

type Foo map[struct {

Fn func() Foo

M map[*Foo]int

S []Foo

}]bool

有一个字段不能做key、Foo就不允许做key，而这三个字段都不能。

字段是递归检查的：

type Foo map[struct {

Sub struct {

M map[*Foo]bool

}

}]bool

Sub的M字段不能做key，Sub就不能做key，Foo也就不能做key。

总之想把一个数据结构用于map的key，就不能包含function、map和slice。

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