今日报丨Go map 竟然也会发生内存泄漏?
Go 程序运行时,有些场景下会导致进程进入某个“高点”,然后就再也下不来了。
比如,多年前曹大写过的一篇文章[1]讲过,在做活动时线上涌入的大流量把 goroutine 数抬升了不少,流量恢复之后 goroutine 数也没降下来,导致 GC 的压力升高,总体的 CPU 消耗也较平时上升了 2 个点左右。
有一个 issue[2]讨论为什么 allgs(runtime 中存储所有 goroutine 的一个全局 slice) 不收缩,一个好处是:goroutine 复用,让 goroutine 的创建更加得便利,而这也正是 Go 语言的一大优势。
(相关资料图)
最近在看《100 mistakes》,书里专门有一节讲 map 的内存泄漏。其实这也是另一个在经历大流量后,无法“恢复”的例子:map 占用的内存“只增不减”。
之前写过的一篇《深度解密 Go 语言之 map》[3]里讲到过 map 的内部数据结构,并且分析过创建、遍历、删除的过程。
在 Go runtime 层,map 是一个指向 hmap 结构体的指针,hmap 里有一个字段 B,它决定了 map 能存放的元素个数。
hamp结构体代码如下:
typehmapstruct{countintflagsuint8Buint8//...}
若我们想初始化一个长度为 100w 元素的 map,B 是多少呢?
用 B 可以计算 map 的元素个数:loadfactor * 2^B,loadfactor 目前是 6.5,当 B=17 时,可放 851,968 个元素;当 B=18,可放 1,703,936 个元素。因此当我们将 map 的长度初始化为 100w 时,B 的值应是 18。
loadfactor 是装载因子,用来衡量平均一个 bucket 里有多少个 key。
如何查看占用的内存数量呢?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 会被回收掉。
当 N = 128 时,运行程序:
$gorunmain2.go0MB461MB293MB可以看到,当删除了所有 kv 后,内存占用依然有 293 MB,这实际上是创建长度为 100w 的 map 所消耗的内存大小。当我们创建一个初始长度为 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)}运行程序,得到 100w 长度的 map 的消耗的内存为:
$gorunmain3.go293MB这时有一个疑惑,为什么在向 map 写入了 100w 个 kv 之后,占用内存变成了 461MB?
我们知道,当 val 大小 <= 128B 时,val 其实是直接放在 bucket 里的,按理说,写入 kv 与否,这些 bucket 占用的内存都在那里。换句话说,写入 kv 之后,占用的内存应该还是 293MB,实际上却是 461MB。
这里的原因其实是在写入 100w kv 期间 map 发生了扩容,buckets 进行了搬迁。我们可以用 hack 的方式打印出 B 值:
funcmain(){//...varBuint8fori:=0;i运行程序,B 值从 1 一直变到 18。搬迁的过程可以参考前面提到的那篇 map 文章,这里不再赘述。
而如果我们初始化的时候直接将 map 的长度指定为 100w,那内存变化情况为:
293MB293MB293MB当 val 小于 128B 时,初始化 map 后内存占用量一直不变。原因是 put 操作只是在 bucket 里原地写入 val,而 delete 操作则是将 val 清零,bucket 本身还在。因此,内存占用大小不变。
而当 val 大小超过 128B 后,bucket 不会直接放 val,转而变成一个指针。我们将 N 设为 129,运行程序:
0MB197MB38MB虽然 map 的 bucket 占用内存量依然存在,但 val 改成指针存储后内存占用量大大降低。且 val 被删掉后,内存占用量确实降低了。
总之,map 的 buckets 数只会增,不会降。所以在流量冲击后,map 的 buckets 数增长到一定值,之后即使把元素都删了也无济于事。内存占用还是在,因为 buckets 占用的内存不会少。
对于 map 内存泄漏的解法:
重启;将 val 类型改成指针;定期地将 map 里的元素全量拷贝到另一个 map 里。好在一般有大流量冲击的互联网业务大都是 toC 场景,上线频率非常高。有的公司能一天上线好几次,在问题暴露之前就已经重启恢复了,问题不大。
参考资料[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 语言之 map》: https://qcrao.com/post/dive-into-go-map/
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