golang垃圾回收机制,golang内存回收机制

切片

文章目录 切片将切片传递给函数make() 创建一个切片new() 和 make()的区别多维切片bytes包for-range切片重组 reslice切片的复制和追加 字符串、数组和切片的应用获取字符串的某一部分字符串和切片的内存结构修改字符串中的某个字符字节数组对比函数搜索及排序切片和数组append() 函数常见操作切片和垃圾回收

切片是对数组中一个连续片段的引用该数组我们称之为相关数组通常是匿名

切片是一个引用类型

这个片段可以是整个数组或者是由起始和终止索引标识的一些项的子集。需要注意的是终止索引标识的项不包括在切片内。切片提供了一个相关数组的动态窗口

切片是可索引的

给定项的切片索引可能比相关数组的相同元素的索引小。和数组不同的是切片的长度可以在运行时修改最小为 0 最大为相关数组的长度切片是一个 长度可变的数组。

切片提供了计算容量的函数 cap() 可以测量切片最长可以达到多少它等于切片的长度 数组除切片之外的长度。如果 s 是一个切片cap(s) 就是从 s[0] 到数组末尾的数组长度。切片的长度永远不会超过它的容量所以对于切片 s 来说该不等式永远成立

0 < l e n ( s ) < c a p ( s ) 0 < len(s) < cap(s) 0<len(s)<cap(s)

多个切片如果表示同一个数组的片段它们可以共享数据因此一个切片和相关数组的其他切片是共享存储的相反不同的数组总是代表不同的存储。数组实际上是切片的构建块。

优点 因为切片是引用所以它们不需要使用额外的内存并且比使用数组更有效率所以在 Go 代码中切片比数组更常用。

声明切片的格式是

var identifier []type //不需要说明长度

一个切片在未初始化之前默认为 nil长度为 0。

切片的初始化格式是

var slice1 []type  arr1[start:end]

这表示 slice1 是由数组 arr1 从 start 索引到 end-1 索引之间的元素构成的子集切分数组start:end 被称为切片表达式。所以 slice1[0] 就等于 arr1[start]。这可以在 arr1 被填充前就定义好。

如果某个人写

var slice1 []type  arr1[:]

那么 slice1 就等于完整的 arr1 数组所以这种表示方式是 arr1[0:len(arr1)] 的一种缩写。另外一种表述方式是

slice1  &arr1

arr1[2:] 和 arr1[2:len(arr1)] 相同都包含了数组从第三个到最后的所有元素。

arr1[:3] 和 arr1[0:3] 相同包含了从第一个到第三个元素不包括第四个。

如果你想去掉 slice1 的最后一个元素只要

slice1  slice1[:len(slice1)-1]

一个由数字 1、2、3 组成的切片可以这么生成

s : [3]int{1,2,3}[:]

注应先用 s : [3]int{1, 2, 3} 生成数组, 再使用 s[:] 转成切片甚至更简单的 s : []int{1,2,3}。

s2 : s[:] 是用切片组成的切片拥有相同的元素但是仍然指向相同的相关数组。

一个切片 s 可以这样扩展到它的大小上限s s[:cap(s)]如果再扩大的话就会导致运行时错误
w

对于每一个切片包括 string以下状态总是成立的

s  s[:i]  s[i:] // i是一个整数且: 0 < i < len(s)len(s) < cap(s)

切片也可以用类似数组的方式初始化var x []int{2, 3, 5, 7, 11}。这样就创建了一个长度为 5 的数组并且创建了一个相关切片。

切片在内存中的组织方式实际上是一个有 3 个域的结构体指向相关数组的指针切片长度以及切片容量。下图给出了一个长度为 2容量为 4 的切片 y。

y[0] 3 且 y[1] 5。切片 y[0:4] 由 元素 357 和 11 组成。

如果 s2 是一个切片你可以将 s2 向后移动一位 s2 s2[1:]但是末尾没有移动。切片只能向后移动s2 s2[-1:] 会导致编译错误。切片不能被重新分片以获取数组的前一个元素。

注意 绝对不要用指针指向切片。切片本身已经是一个引用类型所以它本身就是一个指针

将切片传递给函数

如果你有一个函数需要对数组做操作你可能总是需要把参数声明为切片。当你调用该函数时把数组分片创建为一个切片引用并传递给该函数。这里有一个计算数组元素和的方法:

func sum(a []int) int {s : 0for i : 0; i < len(a); i {s  a[i]}return s}func main() {var arr  [5]int{0, 1, 2, 3, 4}sum(arr[:])}

make() 创建一个切片

当使用make函数创建切片时Go会分配虚拟内存而不会立即分配物理内存。这是一种延迟分配的策略这种方式可以节省物理内存因为程序不会立即占用大量内存而是根据实际需要逐渐分配。

当相关数组还没有定义时我们可以使用 make() 函数来创建一个切片同时创建好相关数组

var slice1 []type  make([]type, len)

也可以简写为

slice1 : make([]type, len) //这里的len是数组的长度也是slice的初始长度

如果你想创建一个 slice1它不占用整个数组而只是占用len 长度那么只要

slice1 : make([]type, len, cap)

切片的长度为 len并且具有与容量 cap 相同的底层数组的大小。这意味着 slice1 会占用以 len 为个数个元素但在需要时可以增长到 cap这是Go切片的一个特性。这对于在不需要整个数组的情况下有效地管理内存和数据非常有用

所以下面两种方法可以生成相同的切片:

make([]int, 50, 100)new([100]int)[0:50]

下图描述了使用 make() 方法生成的切片的内存结构

new() 和 make()的区别

都在堆上分配内存但是它们的行为不同适用于不同的类型。

new(T) 为每个新的类型 T 分配一片内存初始化为 0 并且返回类型为 *T 的内存地址这种方法 返回一个指向类型为 T值为 0 的地址的指针它适用于值类型如数组和结构体体或用户定义的类型它相当于 &T{}。make(T) 用于分配内存并初始化数据结构的内部字段返回的是数据结构本身它只适用于 3 种内建的引用类型切片、map 和 channel。

换言之new() 函数分配内存make() 函数初始化下图给出了区别

如何理解 new、make、slice、map、channel 的关系*

1.slice、map 以及 channel 都是 golang 内建的一种引用类型三者在内存中存在多个组成部分
需要对内存组成部分初始化后才能使用而 make 就是对三者进行初始化的一种操作方式

2. new 获取的是存储指定变量内存地址的一个变量对于变量内部结构并不会执行相应的初始化操作
所以 slice、map、channel 需要 make 进行初始化并获取对应的内存地址而非 new 简单的获取内存地址

多维切片

和数组一样切片通常也是一维的但是也可以由一维组合成高维。通过分片的分片或者切片的数组长度可以任意动态变化所以 Go 语言的多维切片可以任意切分。而且内层的切片必须单独分配通过 make() 函数。

package mainimport fmtfunc main() {s : make([]string, 3)s[0]  as[1]  bs[2]  cfmt.Println(get:, s[2])fmt.Println(len:, len(s))s  append(s, d)s  append(s, e, f)fmt.Println(s)c : make([]string, len(s))copy(c, s)fmt.Println(c)fmt.Println(s[2:5])fmt.Println(s[:5])fmt.Println(s[2:])good : []string{g, o, o, d}fmt.Println(good)}

输出

bytes包

类型 []byte 的切片十分常见Go 语言有一个 bytes 包专门用来提供这种类型的操作方法。

动态缓冲区 bytes.Buffer 是一个动态缓冲区它可以自动调整其大小以容纳不断增长的数据。这使它非常适合在运行时动态构建和拼接二进制数据而不必担心缓冲区溢出。高效的字符串拼接 bytes.Buffer 可以用于高效地拼接字符串而不必反复分配和释放内存。这对于构建大型字符串或将文本逐行追加到缓冲区非常有用。读写接口 bytes.Buffer 实现了 io.Reader 和 io.Writer 接口因此它可以与标准的 I/O 操作和函数一起使用。您可以使用它来从缓冲区读取数据或将数据写入缓冲区而无需关心底层的内存管理。字节操作 bytes.Buffer 主要用于操作字节数据而不是文本。它提供了一系列方法来操作和读取二进制数据包括读取、写入、截取、查找等操作。

而且它还包含一个十分有用的类型 Buffer:

import bytestype Buffer struct {...}

这是一个长度可变的 bytes 的 buffer提供 Read() 和 Write() 方法因为读写长度未知的 bytes 最好使用 buffer。

Buffer 可以这样定义

var buffer bytes.Buffer

或者使用 new() 获得一个指针

var r *bytes.Buffer  new(bytes.Buffer)

或者通过函数

func NewBuffer(buf []byte) *Buffer

创建一个 Buffer 对象并且用 buf 初始化好NewBuffer 最好用在从 buf 读取的时候使用。

通过 buffer 串联字符串

类似于 Java 的 StringBuilder 类。

在下面的代码段中我们创建一个 buffer通过 buffer.WriteString(s) 方法将字符串 s 追加到后面最后再通过 buffer.String() 方法转换为 string

var buffer bytes.Bufferfor {if s, ok : getNextString(); ok { //method getNextString() not shown herebuffer.WriteString(s)} else {break}}fmt.Print(buffer.String(), \n)

这种实现方式比使用 要更节省内存和 CPU尤其是要串联的字符串数目特别多的时候。

for-range

这种构建方法可以应用于数组和切片:

for ix, value : range slice1 {...}

第一个返回值 ix 是数组或者切片的索引第二个是在该索引位置的值他们都是仅在 for 循环内部可见的局部变量。value 只是 slice1 某个索引位置的值的一个拷贝不能用来修改 slice1 该索引位置的值。

多维切片下的 for-range

通过计算行数和矩阵值可以很方便的写出

for row : range screen {for column : range screen[row] {screen[row][column]  1}}

切片重组 reslice

切片创建的时候通常比相关数组长度小这么做的好处是切片在达到容量上限之后可以进行扩容改变切片长度的过程称之为切片重组用法

slice1  slice1[0 : end]

切片可以反复拓展至占据整个相关数组

切片的复制和追加

如果想增加切片的容量我们必须创建一个新的更大的切片并把原分片的内容都拷贝过来。下面的代码描述了从拷贝切片的 copy 函数和向切片追加新元素的 append() 函数

func copy(dst, src []T) int 方法将类型为 T 的切片从源地址 src 拷贝到目标地址 dst覆盖 dst 的相关元素并且返回拷贝的元素个数。源地址和目标地址可能会有重叠。拷贝个数是 src 和 dst 的长度最小值。如果 src 是字符串那么元素类型就是 byte。如果你还想继续使用 src在拷贝结束后执行 src dst

slFrom : []int{1, 2, 3}slTo : make([]int, 10)n : copy(slTo, slFrom)

func append(s[]T, x ...T) []T 其中 append() 方法将 0 个或多个具有相同类型 s 的元素追加到切片后面并且返回新的切片追加的元素必须和原切片的元素是同类型。

如果 s 的容量不足以存储新增元素append() 会分配新的切片来保证已有切片元素和新增元素的存储。因此返回的切片可能已经指向一个不同的相关数组了。append() 方法总是返回成功除非系统内存耗尽了。

sl3 : []int{1, 2, 3}sl3  append(sl3, 4, 5, 6)

如果你想将切片 y 追加到切片 x 后面只要将第二个参数扩展成一个列表即可x append(x, y...)。

注意 append() 在大多数情况下很好用但是如果你想完全掌控整个追加过程你可以实现一个这样的 AppendByte() 方法

func AppendByte(slice []byte, data ...byte) []byte {m : len(slice)n : m  len(data)if n > cap(slice) { // if necessary, reallocate// allocate double whats needed, for future growth.newSlice : make([]byte, (n1)*2)copy(newSlice, slice)slice  newSlice}slice  slice[0:n]copy(slice[m:n], data)return slice}

字符串、数组和切片的应用

假设 s 是一个字符串本质上是一个字节数组那么就可以直接通过 c : []byte(s) 来获取一个字节的切片 c 。另外您还可以通过 copy() 函数来达到相同的目的copy(dst []byte, src string)

func main() {s : \u00ff\u754cfor i, c : range s {fmt.Printf(\n%d: %c, i, c)}}

输出

我们知道Unicode 字符会占用 2 个字节有些甚至需要 3 个或者 4 个字节来进行表示。如果发现错误的 UTF8 字符则该字符会被设置为 UFFFD 来代替它。这是一个特殊字符表示无效的Unicode字符并且索引向前移动一个字节。

和字符串转换一样同样可以使用 c : []int32(s) 语法这样切片中的每个 int 都会包含对应的 Unicode 代码因为字符串中的每次字符都会对应一个整数

也可以将字符串转换为元素类型为 rune 的切片r : []rune(s)其中每个rune表示字符串中的一个Unicode字符。这可以通过将字符串转换为[]rune来实现。

可以通过代码 len([]int32(s)) 来获得字符串中字符的数量但使用 utf8.RuneCountInString(s) 效率会更高一点

获取字符串的某一部分

使用

substr : str[start:end]

可以从字符串 str 获取到从索引 start 开始到 end-1 位置的子字符串。同样的

str[start:]

则表示获取从 start 开始到 len(str)-1 位置的子字符串。而 str[:end] 表示获取从 0 开始到 end-1 的子字符串。

字符串和切片的内存结构

在内存中一个字符串实际上是一个双字结构即一个指向实际数据的指针和记录字符串长度的整数。因为指针对用户来说是完全不可见因此我们可以依旧把字符串看做是一个值类型也就是一个字符数组。

字符串的底层内存是只读的因此多个字符串可以共享相同的字节数组这有助于节省内存。

字符串 string s hello 和子字符串 t s[2:3] 在内存中的结构可以用下图表示

切片是可变的数据类型在内存中包含一个指向底层数据的指针、长度和容量

切片的内容是底层数组的一部分可以通过索引来读取或修改切片的元素。

切片支持动态调整长度和容量通过 append() 函数可以增加切片的长度但可能会分配新的底层数组。

总结

切片和字符串在内存结构上的主要区别在于切片是一个引用类型它引用底层的数组而字符串是一个值类型它是一个不可变的字节数组。这使得切片更适合用于处理动态数据集合而字符串更适合用于不可变文本。理解这些区别对于有效地使用这两种数据类型非常重要

修改字符串中的某个字符

Go 语言中的字符串是不可变的也就是说 str[index] 这样的表达式是不可以被放在等号左侧的。如果尝试运行 str[i] D 会得到错误cannot assign to str[i]。

因此您必须先将字符串转换成字节数组然后再通过修改数组中的元素值来达到修改字符串的目的最后将字节数组转换回字符串格式。

例如将字符串 hello 转换为 cello

s : helloc : []byte(s)c[0]  cs2 : string(c) // s2  cello

注意在需要频繁修改字符串的情况下会有一些性能开销。如果只需要构建新的字符串可以使用 运算符或 strings.Join() 等方法来构建新字符串而不修改原始字符串。

字节数组对比函数

下面的 Compare() 函数会返回两个字节数组字典顺序的整数对比结果即 0 if a b, -1 if a < b, 1 if a > b。

func Compare(a, b[]byte) int {    for i:0; i < len(a) && i < len(b); i {        switch {        case a[i] > b[i]:            return 1        case a[i] < b[i]:            return -1        }    }    // 数组的长度可能不同    switch {    case len(a) < len(b):        return -1    case len(a) > len(b):        return 1    }    return 0 // 数组相等}

搜索及排序切片和数组

标准库提供了 sort 包来实现常见的搜索和排序操作。您可以使用 sort 包中的函数 func Ints(a []int) 来实现对 int 类型的切片排序。例如 sort.Ints(arri)其中变量 arri 就是需要被升序排序的数组或切片。为了检查某个数组是否已经被排序可以通过函数 IntsAreSorted(a []int) bool 来检查如果返回 true 则表示已经被排序。

类似的可以使用函数 func Float64s(a []float64) 来排序 float64 的元素或使用函数 func Strings(a []string) 排序字符串元素。

想要在数组或切片中搜索一个元素该数组或切片必须先被排序因为标准库的搜索算法使用的是二分法。然后您就可以使用函数 func SearchInts(a []int, n int) int 进行搜索并返回对应结果的索引值。

当然还可以搜索 float64 和字符串

func SearchFloat64s(a []float64, x float64) intfunc SearchStrings(a []string, x string) int

您可以通过查看 官方文档 来获取更详细的信息。

这就是如何使用 sort 包的方法我们会在第 11.7 节 对它的细节进行深入并实现一个属于我们自己的版本。

append() 函数常见操作

我们在第 7.5 节提到的 append() 非常有用它能够用于各种方面的操作

将切片 b 的元素追加到切片 a 之后a append(a, b...)

复制切片 a 的元素到新的切片 b 上

b  make([]T, len(a))copy(b, a)

删除位于索引 i 的元素a append(a[:i], a[i1:]...)

切除切片 a 中从索引 i 至 j 位置的元素a append(a[:i], a[j:]...)

为切片 a 扩展 j 个元素长度a append(a, make([]T, j)...)

在索引 i 的位置插入元素 xa append(a[:i], append([]T{x}, a[i:]...)...)

在索引 i 的位置插入长度为 j 的新切片a append(a[:i], append(make([]T, j), a[i:]...)...)

在索引 i 的位置插入切片 b 的所有元素a append(a[:i], append(b, a[i:]...)...)

取出位于切片 a 最末尾的元素 xx, a a[len(a)-1], a[:len(a)-1]

将元素 x 追加到切片 aa append(a, x)

因此您可以使用切片和 append() 操作来表示任意可变长度的序列。

从数学的角度来看切片相当于向量如果需要的话可以定义一个向量作为切片的别名来进行操作。

如果您需要更加完整的方案可以学习一下 Eleanor McHugh 编写的几个包slices、chain 和 lists。

切片和垃圾回收

切片的底层指向一个数组该数组的实际容量可能要大于切片所定义的容量。只有在没有任何切片指向的时候底层的数组内存才会被释放这种特性有时会导致程序占用多余的内存。

函数 FindDigits() 将一个文件加载到内存然后搜索其中所有的数字并返回一个切片

var digitRegexp  regexp.MustCompile([0-9])func FindDigits(filename string) []byte {    b, _ : ioutil.ReadFile(filename)    return digitRegexp.Find(b)}

这段代码可以顺利运行但返回的 []byte 指向的底层是整个文件的数据。只要该返回的切片不被释放垃圾回收器就不能释放整个文件所占用的内存。换句话说一点点有用的数据却占用了整个文件的内存。

想要避免这个问题可以通过拷贝我们需要的部分到一个新的切片中

func FindDigits(filename string) []byte {   b, _ : ioutil.ReadFile(filename)   b  digitRegexp.Find(b)   c : make([]byte, len(b))   copy(c, b)   return c}

事实上上面这段代码只能找到第一个匹配正则表达式的数字串。要想找到所有的数字可以尝试下面这段代码

func FindFileDigits(filename string) []byte {   fileBytes, _ : ioutil.ReadFile(filename)   b : digitRegexp.FindAll(fileBytes, len(fileBytes))   c : make([]byte, 0)   for _, bytes : range b {      c  append(c, bytes...)   }   return c}

是的底层的数组内存在没有任何切片指向时才会被释放。在 Go 中切片是对底层数组的引用它们包括一个指向数组的指针、长度和容量。底层数组的内存只有在没有任何切片引用时才会被回收。

这是因为 Go 的垃圾回收机制Garbage Collection负责管理内存它会跟踪对象包括切片和底层数组并在这些对象不再被引用时将它们标记为垃圾最终释放它们占用的内存。

当没有任何切片指向底层数组时底层数组就变成不可达的对象即没有引用指向它。在下一次垃圾回收周期时底层数组的内存将被释放以便重用或返回给操作系统。这有助于Go应用程序有效地管理内存。

这也意味着在某些情况下即使你不再使用切片底层数组的内存也可能不会立即被释放因为垃圾回收的时机是由Go运行时系统控制的。如果需要确保内存立即被释放可以使用 runtime.GC() 强制进行垃圾回收但这在一般情况下是不推荐的因为Go的垃圾回收机制通常会在合适的时机进行内存回收。