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Go map 竟然也會發(fā)生內存泄漏?_天天看熱訊

2022-11-17 19:31:39    來源:程序員客棧

Go 程序運行時,有些場景下會導致進程進入某個“高點”,然后就再也下不來了。

比如,多年前曹大寫過的一篇文章[1]講過,在做活動時線上涌入的大流量把 goroutine 數抬升了不少,流量恢復之后 goroutine 數也沒降下來,導致 GC 的壓力升高,總體的 CPU 消耗也較平時上升了 2 個點左右。


【資料圖】

有一個 issue[2]討論為什么 allgs(runtime 中存儲所有 goroutine 的一個全局 slice) 不收縮,一個好處是:goroutine 復用,讓 goroutine 的創(chuàng)建更加得便利,而這也正是 Go 語言的一大優(yōu)勢。

最近在看《100 mistakes》,書里專門有一節(jié)講 map 的內存泄漏。其實這也是另一個在經歷大流量后,無法“恢復”的例子:map 占用的內存“只增不減”。

之前寫過的一篇《深度解密 Go 語言之 map》[3]里講到過 map 的內部數據結構,并且分析過創(chuàng)建、遍歷、刪除的過程。

在 Go runtime 層,map 是一個指向 hmap 結構體的指針,hmap 里有一個字段 B,它決定了 map 能存放的元素個數。

hamp結構體代碼如下:

typehmapstruct{countintflagsuint8Buint8//...}

若我們想初始化一個長度為 100w 元素的 map,B 是多少呢?

用 B 可以計算 map 的元素個數:loadfactor * 2^B,loadfactor 目前是 6.5,當 B=17 時,可放 851,968 個元素;當 B=18,可放 1,703,936 個元素。因此當我們將 map 的長度初始化為 100w 時,B 的值應是 18。

loadfactor 是裝載因子,用來衡量平均一個 bucket 里有多少個 key。

如何查看占用的內存數量呢?用 runtime.MemStats:

packagemainimport("fmt""runtime")constN=128funcrandBytes()[N]byte{return[N]byte{}}funcprintAlloc(){varmruntime.MemStatsruntime.ReadMemStats(&m)fmt.Printf("%dMB\n",m.Alloc/1024/1024)}funcmain(){n:=1_000_000m:=make(map[int][N]byte,0)printAlloc()fori:=0;i

如果不加最后的 KeepAlive,m 會被回收掉。

當 N = 128 時,運行程序:

$gorunmain2.go0MB461MB293MB

可以看到,當刪除了所有 kv 后,內存占用依然有 293 MB,這實際上是創(chuàng)建長度為 100w 的 map 所消耗的內存大小。當我們創(chuàng)建一個初始長度為 100w 的 map:

packagemainimport("fmt""runtime")constN=128funcprintAlloc(){varmruntime.MemStatsruntime.ReadMemStats(&m)fmt.Printf("%dMB\n",m.Alloc/1024/1024)}funcmain(){n:=1_000_000m:=make(map[int][N]byte,n)printAlloc()runtime.KeepAlive(m)}

運行程序,得到 100w 長度的 map 的消耗的內存為:

$gorunmain3.go293MB

這時有一個疑惑,為什么在向 map 寫入了 100w 個 kv 之后,占用內存變成了 461MB?

我們知道,當 val 大小 <= 128B 時,val 其實是直接放在 bucket 里的,按理說,寫入 kv 與否,這些 bucket 占用的內存都在那里。換句話說,寫入 kv 之后,占用的內存應該還是 293MB,實際上卻是 461MB。

這里的原因其實是在寫入 100w kv 期間 map 發(fā)生了擴容,buckets 進行了搬遷。我們可以用 hack 的方式打印出 B 值:

funcmain(){//...varBuint8fori:=0;i

運行程序,B 值從 1 一直變到 18。搬遷的過程可以參考前面提到的那篇 map 文章,這里不再贅述。

而如果我們初始化的時候直接將 map 的長度指定為 100w,那內存變化情況為:

293MB293MB293MB

當 val 小于 128B 時,初始化 map 后內存占用量一直不變。原因是 put 操作只是在 bucket 里原地寫入 val,而 delete 操作則是將 val 清零,bucket 本身還在。因此,內存占用大小不變。

而當 val 大小超過 128B 后,bucket 不會直接放 val,轉而變成一個指針。我們將 N 設為 129,運行程序:

0MB197MB38MB

雖然 map 的 bucket 占用內存量依然存在,但 val 改成指針存儲后內存占用量大大降低。且 val 被刪掉后,內存占用量確實降低了。

總之,map 的 buckets 數只會增,不會降。所以在流量沖擊后,map 的 buckets 數增長到一定值,之后即使把元素都刪了也無濟于事。內存占用還是在,因為 buckets 占用的內存不會少。

對于 map 內存泄漏的解法:

重啟;將 val 類型改成指針;定期地將 map 里的元素全量拷貝到另一個 map 里。

好在一般有大流量沖擊的互聯網業(yè)務大都是 toC 場景,上線頻率非常高。有的公司能一天上線好幾次,在問題暴露之前就已經重啟恢復了,問題不大。

參考資料[1]

文章: https://xargin.com/cpu-idle-cannot-recover-after-peak-load/

[2]

issue: https://github.com/golang/go/issues/34457

[3]

《深度解密 Go 語言之 map》: https://qcrao.com/post/dive-into-go-map/

關鍵詞: 運行程序 內存泄漏 元素個數

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