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 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。

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》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：

type hmap struct {
	count     int
	flags     uint8
	B         uint8
	
	// ...
}

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：

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

const N = 128

func randBytes() [N]byte {
	return [N]byte{}
}

func printAlloc() {
	var m runtime.MemStats
	runtime.ReadMemStats(&m)
	fmt.Printf("%d MB/n", m.Alloc/1024/1024)
}

func main() {
	n := 1_000_000
	m := make(map[int][N]byte, 0)
	printAlloc()

	for i := 0; i < n; i++ {
		m[i] = randBytes()
	}
	printAlloc()
	
	for i := 0; i < n; i++ {
		delete(m, i)
	}
	
	runtime.GC()
	printAlloc()
	runtime.KeepAlive(m)
}

如果不加最后的 KeepAlive，m 会被回收掉。

当 N = 128 时，运行程序：

$ go run main2.go
0 MB
461 MB
293 MB

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：

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

const N = 128

func printAlloc() {
	var m runtime.MemStats
	runtime.ReadMemStats(&m)
	fmt.Printf("%d MB/n", m.Alloc/1024/1024)
}

func main() {
	n := 1_000_000
	m := 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：

$ go run main3.go
293 MB

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。

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