大家好，我是煎魚。

最近 Go1.20 中的手動(dòng)管理內(nèi)存受到了很多人的關(guān)注。眾所周知，Go 是一門帶垃圾回收（GC）的編程語(yǔ)言，可以進(jìn)行自動(dòng)的內(nèi)存申請(qǐng)、釋放等內(nèi)存操作。

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

Go 的例外就出現(xiàn)了。

Go1.20 arena

新版本 Go1.20，基于 Google 自身的需求，快速通過了實(shí)踐，正式支持了 arena，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)的內(nèi)存管理（當(dāng)前是實(shí)驗(yàn)性特性）。

現(xiàn)在可以通過 GOEXPERIMENT=arenas 環(huán)境變量啟用：

GOEXPERIMENT=arenas go run main.go

該特性可以讓程序員手動(dòng)的從一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域申請(qǐng)、分配一組內(nèi)存對(duì)象，也可以一次性的釋放。

重點(diǎn)是可以手動(dòng)管理內(nèi)存。

提供的 arena API

• NewArena：創(chuàng)建一個(gè)新的 arena 內(nèi)存空間。
• Free：釋放 arena 及其關(guān)聯(lián)對(duì)象。
• New：基于 arena，創(chuàng)建新對(duì)象。
• MakeSlice：基于 arena，創(chuàng)建新切片。
• Clone：克隆一個(gè) arena 的對(duì)象，并移動(dòng)到內(nèi)存堆上。

一些 arena 例子

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

很適合在初學(xué)時(shí)作為 Demo 使用，打算也留著自己下次用時(shí)結(jié)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(shù)開頭創(chuàng)建一個(gè) arena
 mem := arena.NewArena()
 // 在函數(shù)結(jié)束時(shí)釋放 arena
 defer mem.Free()

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

 // 從申請(qǐng)的 arena 中申請(qǐng)切片對(duì)象（指定長(zhǎng)度和容量）
 slice := arena.MakeSlice[T](mem, 100, 200 "T")
}

arena.Clone

如果要單獨(dú)使用某個(gè)申請(qǐng)出來的對(duì)象?？梢越柚?Clone 方法進(jìn)行單獨(dú)處理。

如下代碼：

// 創(chuàng)建一個(gè) arena
mem := arena.NewArena()

obj1 := arena.New[T](mem "T") // 分配一個(gè) arena 對(duì)象
obj2 := arena.Clone(obj1) // 拷貝一個(gè) arena 上的對(duì)象，移動(dòng)到內(nèi)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(jià)

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

釋放了最早申請(qǐng)的 arena，Clone 方法在這里將會(huì)把 obj1 拷貝到新的內(nèi)存堆上，再賦值給 obj2。后續(xù)要單獨(dú)用 obj2 就可以繼續(xù)使用。

reflect.ArenaNew

也可以結(jié)合 arena 和 reflect 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來進(jìn)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(guī)用法：

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

如果需要申請(qǐng)一個(gè)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)。

如下代碼：

src := "腦子進(jìn)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(qǐng)的 arena 釋放后，該對(duì)應(yīng)的 string 就無法使用了，需要特別注意。

性能表現(xiàn)

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

自述已經(jīng)為 Google 許多應(yīng)用節(jié)省了高達(dá) 15% 的 CPU 和內(nèi)存使用量，主要原因是減少了垃圾收集 CPU 時(shí)間和堆內(nèi)存使用量。

經(jīng)過在 vmihailenco/golang-memory-arenas[2] 項(xiàng)目中實(shí)際的性能對(duì)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(yùn)行速度更快，且使用的內(nèi)存更少。

總結(jié)

Go 的各位大大們?cè)谛阅軆?yōu)化中，不斷地試圖壓榨 Go 的潛力?，F(xiàn)在已經(jīng)到了手工管理內(nèi)存的階段了。

實(shí)際的測(cè)試結(jié)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(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的 API 問題（想把 arena 應(yīng)用到其他的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，但這是個(gè)大事件），社區(qū)還需要認(rèn)真思考后續(xù)的發(fā)展，現(xiàn)階段處于處于停滯狀態(tài)。

從這次提案來看，真的是，內(nèi)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(biāo)？