对Go中变量的生命周期理解

落日映苍穹つ 2022-12-11 11:26 173阅读 0赞

生命周期很好理解，就是正常能使用的变量的有效时间，超过时间限定后，变量就无法再生效，必须重新创建新的变量。变量的生命周期一般指的是在程序运行期间变量有效存在的时间间隔。

对于在包一级声明的变量来说，它们的生命周期和整个程序的运行周期是一致的。而相比之下，局部变量的声明周期则是动态的：每次从创建一个新变量的声明语句开始，直到该变量不再被引用为止，然后变量的存储空间可能被回收。函数的参数变量和返回值变量都是局部变量。它们在函数每次被调用的时候创建。

变量的生命周期与变量的作用域有着不可分割的联系：

*  全局变量：它的生命周期和整个程序的运行周期是一致的；
 *  局部变量：它的生命周期则是动态的，从创建这个变量的声明语句开始，到这个变量不再被引用为止；
 *  形式参数和函数返回值：它们都属于局部变量，在函数被调用的时候创建，函数调用结束后被销毁。

示例：

for t := 0.0; t < cycles*2*math.Pi; t += res {    
      
        x := math.Sin(t)   
        y := math.Sin(t*freq + phase)    
       
        img.SetColorIndex(       
            size+int(x*size+0.5), size+int(y*size+0.5),        
            blackIndex, 
            
        ）// 最后插入的逗号不会导致编译错误，这是Go编译器的一个特性 
            // 小括号另起一行缩进，和大括号的风格保存一致 
    
    }

上面代码中，在每次循环的开始会创建临时变量 t，然后在每次循环迭代中创建临时变量 x 和 y。临时变量 x、y 存放在栈中，随着函数执行结束（执行遇到最后一个\}），释放其内存。

那么Go语言的自动垃圾收集器是如何知道一个变量是何时可以被回收的呢？

基本的实现思路是，从每个包级的变量和每个当前运行函数的每一个局部变量开始，通过指针或引用的访问路径遍历，是否可以找到该变量。如果不存在这样的访问路径，那么说明该变量是不可达的，也就是说它是否存在并不会影响程序后续的计算结果。

因为一个变量的有效周期只取决于是否可达，因此一个循环迭代内部的局部变量的生命周期可能超出其局部作用域。同时，局部变量可能在函数返回之后依然存在。

前面已经说过了Go语言将这个过程整合到了编译器中，命名为“变量逃逸分析”。  
会通过编译器分析代码的特征和代码的生命周期，决定应该使用堆还是栈来进行内存分配。编译器会自动选择在栈上还是在堆上分配局部变量的存储空间，而不是由用var还是new声明变量的方式决定的。

栈的概念在前面已经说过，它和堆的区别在于：

**堆（heap）**：堆是用于存放进程执行中被动态分配的内存段。它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用 malloc 等函数分配内存时，新分配的内存就被动态加入到堆上（堆被扩张）。当利用 free 等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）；

**栈(stack)**：栈又称堆栈， 用来存放程序暂时创建的局部变量，也就是我们函数的大括号\{ \}中定义的局部变量。

在程序的编译阶段，编译器会根据实际情况自动选择在栈或者堆上分配局部变量的存储空间，不论使用 var 还是 new 关键字声明变量都不会影响编译器的选择。

示例：

var global*int
    func  f(){ 
        var x int
        x=1
        global=&x
    }
    
    func   g(){ 
        
        y:=new(int)
        *y=1
    
    }

f函数里的x变量必须在堆上分配，因为它在函数退出后依然可以通过包一级的global变量找到，虽然它是在函数内部定义的；用Go语言的术语说，这个x局部变量从函数f中逃逸了。

相反，当函数 g 返回时，变量 \*y 不再被使用，也就是说可以马上被回收的。因此，\*y 并没有从函数 g 中逃逸，编译器可以选择在栈上分配 \*y 的存储空间，也可以选择在堆上分配，然后由Go语言的 GC（垃圾回收机制）回收这个变量的内存空间，虽然这里用的是new方式。  
需要注意的是，逃逸的变量需要额外分配内存，同时对性能的优化可能会产生细微的影响。

Go语言的自动垃圾收集器对编写正确的代码是一个巨大的帮助，但也并不是说你完全不用考虑内存了。你虽然不需要显式地分配和释放内存，但是要编写高效的程序你依然需要了解变量的生命周期。例如，如果将指向短生命周期对象的指针保存到具有长生命周期的对象中，特别是保存到全局变量时，会阻止对短生命周期对象的垃圾回收（从而可能影响程序的性能）。

**如何延长变量的生命周期呢？**

一般和作用域是分不开的，全局变量不用说，一定是能延长的，本文也提到过；它的生命周期和整个程序的运行周期是一致的。只要程序不关闭，变量就可以一直使用。

这个和Java中的定义很像，Java中局部变量的作用域就是他的生命周期。比如if ,for ,switch等等这些。出了这个结构就销毁了。方法里的局部变量，在方法调用完就销毁。如果是类的成员变量，在类的相应的对象销毁的时候销毁。 上面说的是普通变量，如果是静态变量的时候，从程序开始，到程序结束。

一般而言，也可以不让gc清除变量，也是变相的延长生命周期。  
runtime 包暴露了一个方法，用来在 Go 程序中避免出现这种情况，并显式地声明了让变量不被回收。在运行到这个调用这个方法的地方之前，gc 不会清除指定的变量。  
在运行到 keepAlive 方法之前，gc 不能回收指定变量 。如果你再运行一次程序，它会正常读取文件并成功终止。

运行时，Go 编译器会以很多种方式优化代码：函数内联，死码消除，等等。这个函数不会被内联，Go 编译器可以轻易地探测到哪里调用了 keepAlive。编译器很容易追踪到调用它的地方，它会发出一个特殊的 SSA 指令，以此来确保它不会被 gc 回收。