Golang实验性功能SetMaxHeap 固定值GC

简单来说， SetMaxHeap 提供了一种可以设置固定触发阈值的 GC （Garbage Collection垃圾回收）方式

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官方源码链接

大量临时对象分配导致的 GC 触发频率过高， GC 后实际存活的对象较少，

或者机器内存较充足，希望使用剩余内存，降低 GC 频率的场景

GC 会 STW （ Stop The World ），对于时延敏感场景，在一个周期内连续触发两轮 GC ，那么 STW 和 GC 占用的 CPU 资源都会造成很大的影响， SetMaxHeap 并不一定是完美的，在某些场景下做了些权衡，官方也在进行相关的实验，当前方案仍没有合入主版本。

先看下如果没有 SetMaxHeap ，对于如上所述的场景的解决方案

这里简单说下 GC 的几个值的含义，可通过 GODEBUG=gctrace=1 获得如下数据

这里只关注 128-132-67 MB 135 MB goal ，

分别为 GC开始时内存使用量 - GC标记完成时内存使用量 - GC标记完成时的存活内存量 本轮GC标记完成时的 预期 内存使用量（上一轮 GC 完成时确定）

引用 GC peace设计文档 中的一张图来说明

对应关系如下：

简单说下 GC pacing （信用机制）

GC pacing 有两个目标，

那么当一轮 GC 完成时，如何只根据本轮 GC 存活量去实现这两个小目标呢？

这里实际是根据当前的一些数据或状态去 预估 “未来”，所有会存在些误差

首先确定 gc Goal goal = memstats.heap_marked + memstats.heap_marked*uint64(gcpercent)/100

heap_marked 为本轮 GC 存活量， gcpercent 默认为 100 ，可以通过环境变量 GOGC=100 或者 debug.SetGCPercent(100) 来设置

那么默认情况下 goal = 2 * heap_marked

gc_trigger 是与 goal 相关的一个值（ gc_trigger 大约为 goal 的 90% 左右），每轮 GC 标记完成时，会根据 |Ha-Hg| 和实际使用的 cpu 资源 动态调整 gc_trigger 与 goal 的差值

goal 与 gc_trigger 的差值即为，为 GC 期间分配的对象所预留的空间

GC pacing 还会预估下一轮 GC 发生时，需要扫描对象对象的总量，进而换算为下一轮 GC 所需的工作量，进而计算出 mark assist 的值

本轮 GC 触发（ gc_trigger ），到本轮的 goal 期间，需要尽力完成 GC mark 标记操作，所以当 GC 期间，某个 goroutine 分配大量内存时，就会被拉去做 mark assist 工作，先进行 GC mark 标记赚取足够的信用值后，才能分配对应大小的对象

根据本轮 GC 存活的内存量（ heap_marked ）和下一轮 GC 触发的阈值（ gc_trigger ）计算 sweep assist 的值，本轮 GC 完成，到下一轮 GC 触发（ gc_trigger ）时，需要尽力完成 sweep 清扫操作

预估下一轮 GC 所需的工作量的方式如下：

继续分析文章开头的问题，如何充分利用剩余内存，降低 GC 频率和 GC 对 CPU 的资源消耗

如上图可以看出， GC 后，存活的对象为 2GB 左右，如果将 gcpercent 设置为 400 ，那么就可以将下一轮 GC 触发阈值提升到 10GB 左右

前面一轮看起来很好，提升了 GC 触发的阈值到 10GB ，但是如果某一轮 GC 后的存活对象到达 2.5GB 的时候，那么下一轮 GC 触发的阈值，将会超过内存阈值，造成 OOM （ Out of Memory ），进而导致程序崩溃。

可以通过 GOGC=off 或者 debug.SetGCPercent(-1) 来关闭 GC

可以通过进程外监控内存使用状态，使用信号触发的方式通知程序，或 ReadMemStats 、或 linkname runtime.heapRetained 等方式进行堆内存使用的监测

可以通过调用 runtime.GC() 或者 debug.FreeOSMemory() 来手动进行 GC 。

这里还需要说几个事情来解释这个方案所存在的问题

通过 GOGC=off 或者 debug.SetGCPercent(-1) 是如何关闭 GC 的？

gc 4 @1.006s 0%: 0.033+5.6+0.024 ms clock, 0.27+4.4/11/25+0.19 ms cpu, 428-428-16 MB, 17592186044415 MB goal, 8 P (forced)

通过 GC trace 可以看出，上面所说的 goal 变成了一个很诡异的值 17592186044415

实际上关闭 GC 后， Go 会将 goal 设置为一个极大值 ^uint64(0) ，那么对应的 GC 触发阈值也被调成了一个极大值，这种处理方式看起来也没什么问题，将阈值调大，预期永远不会再触发 GC

那么如果在关闭 GC 的情况下，手动调用 runtime.GC() 会导致什么呢？

由于 goal 和 gc_trigger 被设置成了极大值， mark assist 和 sweep assist 也会按照这个错误的值去计算，导致工作量预估错误，这一点可以从 trace 中进行证明

可以看到很诡异的 trace 图，这里不做深究，该方案与 GC pacing 信用机制不兼容

记住，不要在关闭 GC 的情况下手动触发 GC ，至少在当前 Go1.14 版本中仍存在这个问题

SetMaxHeap 的实现原理，简单来说是强行控制了 goal 的值

注： SetMaxHeap ，本质上是一个软限制，并不能解决 极端场景 下的 OOM ，可以配合内存监控和 debug.FreeOSMemory() 使用

SetMaxHeap 控制的是堆内存大小， Go 中除了堆内存还分配了如下内存，所以实际使用过程中，与实际硬件内存阈值之间需要留有一部分余量。

对于文章开始所述问题，使用 SetMaxHeap 后，预期的 GC 过程大概是这个样子

简单用法1

该方法简单粗暴，直接将 goal 设置为了固定值

注：通过上文所讲，触发 GC 实际上是 gc_trigger ，所以当阈值设置为 12GB 时，会提前一点触发 GC ，这里为了描述方便，近似认为 gc_trigger=goal

简单用法2

当不关闭 GC 时， SetMaxHeap 的逻辑是， goal 仍按照 gcpercent 进行计算，当 goal 小于 SetMaxHeap 阈值时不进行处理；当 goal 大于 SetMaxHeap 阈值时，将 goal 限制为 SetMaxHeap 阈值

注：通过上文所讲，触发 GC 实际上是 gc_trigger ，所以当阈值设置为 12GB 时，会提前一点触发 GC ，这里为了描述方便，近似认为 gc_trigger=goal

切换到 go1.14 分支，作者选择了 git checkout go1.14.5

选择官方提供的 cherry-pick 方式(可能需要梯子，文件改动不多，我后面会列出具体改动)

git fetch "" refs/changes/67/227767/3 git cherry-pick FETCH_HEAD

需要重新编译Go源码

注意点：

下面源码中的官方注释说的比较清楚，在一些关键位置加入了中文注释

入参bytes为要设置的阈值

notify 简单理解为 GC 的策略 发生变化时会向 channel 发送通知，后续源码可以看出“策略”具体指哪些内容

返回值为本次设置之前的 MaxHeap 值

$GOROOT/src/runtime/debug/garbage.go

$GOROOT/src/runtime/mgc.go

注：作者尽量用通俗易懂的语言去解释 Go 的一些机制和 SetMaxHeap 功能，可能有些描述与实现细节不完全一致，如有错误还请指出

Go 空结构体 struct{} 的使用

struct是Go中的关键字，用于定义结构类型。

例如：

struct {}是一个无元素的结构体类型，通常在没有信息存储时使用。优点是大小为0，不需要内存来存储struct {}类型的值。

struct {} {}是一个复合字面量，它构造了一个struct {}类型的值，该值也是空。

go中可以使用 unsafe.Sizeof 计算出一个数据类型实例需要占用的字节数。我们验证一下：

也就是说空结构体实例不占用任何内存空间。

Go 语言标准库没有提供 Set 的实现，通常使用 map 来代替。事实上，对于集合来说，只需要 map 的键，而不需要值。

声明为声明为 map[string]struct{} ，由于struct{}是空，不关心内容，这样map便改造为set 。

map可以通过“comma ok”机制来获取该key是否存在,例如 _, ok := map["key"] ,如果没有对应的值，ok为false。可以通过定义成 map[string]struct{} 的形式，值不再占用内存。其值仅有两种状态，有或无。如果定义的是 map[string]bool ，则结果有true、false或没有三种状态，而且即使是将值设置为 bool 类型，也会多占据 1 个字节。因此呢，将 map 作为集合(Set)使用时，可以将值类型定义为空结构体，仅作为占位符使用即可。

基于channels发送消息有两个重要方面：发了消息、发了什么消息。一个强调了通讯的发生，一个强调了通讯的内容。当我们更希望强调通讯发生的时刻时，我们将它称为 消息事件 。有些消息事件并不携带额外的信息，它仅仅是用作两个goroutine之间的同步，这时候我们可以用 struct{} 空结构体作为channels元素的类型。用来通知子协程(goroutine)执行任务，或只用来控制协程并发度。

在部分场景下，结构体只包含方法，不包含任何的字段。这时候我们就可以使用空结构体。

其实，上面的calculateInt 可以是任何类型，如 type calculateInt bool ，但是struct{}不占用任何空间，逻辑上也更合理，因此还是它最好。

Go语言数组去重

在使用Go语言的时候，碰到了需要对数组进行去重操作的问题。Java语言有Set集合这个数据结构，可以很方便的将数组转为集合，但是Go语言没有Set，如果仅仅是因为去重操作就手动实现一个Set太繁琐了。可以根据Go语言中的map的特性来简单实现一下

这个是对字符串数组去重操作。可以根据需要的类型稍作修改即可。需要注意的是只支持可以作为map键的结构进行去重！

golang获取到string和直接赋值strimg不一样

1、 string的定义

Golang中的string的定义在reflect包下的value.go中，定义如下：

StringHeader 是字符串的运行时表示，其中包含了两个字段，分别是指向数据数组的指针和数组的长度。

// StringHeader is the runtime representation of a string.

// It cannot be used safely or portably and its representation may

// change in a later release.

// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data

// it references will not be garbage collected, so programs must keep

// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.

type StringHeader struct {

Data uintptr

Len int

}

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1

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3

4

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7

8

9

10

2、string不可变

Golang中的字符串是不可变的，不能通过索引下标的方式修改字符串中的数据：

在这里插入图片描述

运行代码，可以看到编译器报错，string是不可变的

在这里插入图片描述

但是能不能进行一些骚操作来改变元素的值呢？

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

*(*byte)(unsafe.Pointer(bptr.Data)) = '.'

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

}

// 运行结果

hello,world

world

unexpected fault address 0x49d7e3

fatal error: fault

[signal 0xc0000005 code=0x1 addr=0x49d7e3 pc=0x4779fa]

goroutine 1 [running]:

runtime.throw(0x49c948, 0x5)

C:/Program Files/Go/src/runtime/panic.go:1117 +0x79 fp=0xc0000dbe90 sp=0xc0000dbe60 pc=0x405fd9

runtime.sigpanic()

C:/Program Files/Go/src/runtime/signal_windows.go:245 +0x2d6 fp=0xc0000dbee8 sp=0xc0000dbe90 pc=0x4189f6

main.main()

F:/go_workspace/src/code/string_test/main.go:20 +0x13a fp=0xc0000dbf88 sp=0xc0000dbee8 pc=0x4779fa

runtime.main()

C:/Program Files/Go/src/runtime/proc.go:225 +0x256 fp=0xc0000dbfe0 sp=0xc0000dbf88 pc=0x4087f6

runtime.goexit()

C:/Program Files/Go/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc0000dbfe8 sp=0xc0000dbfe0 pc=0x435da1

Process finished with the exit code 2

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在上面的代码中，因为在go语言中不能进行指针的加减运算，因此取切片，让b的Data指针指向’,'所在的位置。然后把"hello,world"中的逗号改为点，但是发现还是不行，程序直接崩溃了。看来go语言中的指针得到了大大的限制，设计者并不想让程序员过度使用指针来写出一些不安全的代码。

3、使用string给另一个string赋值

Golang中的字符串的赋值并不是拷贝底层的字符串数组，而是数组指针和长度字段的拷贝。例如：当我们定义了一个字符串 a := “hello,world” 然后定义了 b := a 底层所做的操作只是创建了两个StringHeader的结构体，它们的Data字段都指向同一段数据，如下图：

在这里插入图片描述

我们可以利用代码来证实这一点：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello, world

hello, world

a ptr: 0x6bdb76

b ptr: 0x6bdb76

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在上面的代码中，将a和b转换为StringHeader类型的指针，然后分别打印出，a和b的Data指针的值，发现是相同的

那么如果对a做切片赋值给b呢？

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello,world

world

a ptr: 0xd4d849

b ptr: 0xd4d84f

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0xd4d849 - 0xd4d84f = 0x000006

显然，也没有分配新的数组并拷贝数据，而是将原字符数组的指针的偏移赋给了b的StringHeader的Data

4、string重新赋值

如果对一个已经赋值的字符串重新赋值，也不会修改原内存空间，而是申请了新的内存空间，对其赋值，并指向新的内存空间。如下图：

在这里插入图片描述

也可以使用代码来证实一下：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("a len", aptr.Len)

a = "hello,golang"

newAPtr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(newAPtr.Data))

fmt.Println("b len:", newAPtr.Len)

}

// 运行结果

a ptr: 0x3ed7f4

a len 11

b ptr: 0x3edb2c

b len: 12

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Golang Strings 官方包常用方法，学会这些够用了

1.判断是否以某字符串打头/结尾 2.字符串分割 3.返回子串索引 4.字符串连接 5.字符串转化为大小写 6.统计某个字符在字符串出现的次数 7.判断字符串的包含关系 8.字符串替换

go语言中的反射

import (

"fmt"

"reflect"

)

func reflecType(x interface{}){

v := reflect.TypeOf(x)

fmt.Println("type:%v\n", v)

fmt.Println("type name:%v , rtpe kind:%v \n", v.getName(), v.getType())

}

type Cat struct{}

//通过反射设置变量的值

func reflectSetValue1(x interface{}){

v := reflect.ValueOf(x)

if v.Kind() == reflect.Int64{

v.SetInt(200) //修改的是副本, reflect 包会引发panic

}

}

//通过反射设置变量的值

func reflectSetValue2(x interface{}){

v := reflect.ValueOf(x)

//反射中使用Elem()获取指针对应的值

if v.Elem().Kind() == reflect.Int64{

v.Elem().SetInt(200)

}

}

func main(){

var a float32 = 3.14

reflectType(a) //type name:float32 type kind:float32

var b int64 = 100

reflectType(b) // type name :int64 type kind :int64

var c = Cat{}

reflectType(c) // type name :Cat type kind :struct

reflectSetValue1(b)

fmt.Println(b) //依然为100

reflectSetValue2(b)

}

名称栏目：go语言中的set go语言是什么
文章地址：http://lswzjz.com/article/doocosh.html