为什么大厂都在用 GO 语言？读透 GO 语言的切片

今年3月初，腾讯发布了《腾讯研发大数据报告》，笔者发现GO语言的使用在鹅厂已经上升到了TOP5的位置了。

 

我们知道腾讯尤其是Docker容器化这一块，是走在各大厂的前列的，尤其是他们的基于GO语言开发的DEVOPS蓝鲸平台，水平相当高。

经笔者实地上手体验，GO语言在并发等方面还是相当优秀的，下面笔者就汇报一下最新的成果。

一、GO语言的切片简介

切片（slice）是对数组的一个连续片段的引用，所以切片是一个引用类型同，与Python 中的 list 类型比较类似，这个片段可以是整个数组，也可以是由起始和终止索引标识的一些项的子集。Go语言中切片的内部结构包含地址、大小（len)和容量(cap)与数组相比切片最大的特点就是其容量是可变的。

二、GO语言的代码解读

1. append函数添加元素

Go语言的内建函数 append() 可以为切片动态添加元素，不过需要注意的是，由于切片本身是变长的，因此在使用 append() 函数为切片动态添加元素时，切片就会自动进行“扩容”，同时新切片的长度也会增加，但是有一点需要注意，append返回的是一个新的切片对象，而不是对原切片进行操作。在下面的代码中我们先定义了一个切片a，并不断通过append方式为其增加元素，并观察切片a的长度及容量变化。

package main

import (
"fmt"
)

func main() {

var a []int //定义一个切片
fmt.Printf("len: %d  cap: %d pointer: %p\n", len(a), cap(a), a)//此时切片长度和容量都是0，运行结果为len: 0  cap: 0 pointer: 0x0
a = append(a, 1) // 追加1个元素
fmt.Printf("len: %d  cap: %d pointer: %p\n", len(a), cap(a), a)//注意此时a的地址已经发生变化为新的切片了，新切片长度和容量都为1运行结果为：len: 1  cap: 1 pointer: 0xc000072098
a = append(a, 2, 3, 4) // 追加多个元素
fmt.Printf("len: %d  cap: %d pointer: %p\n", len(a), cap(a), a)//注意此时a的地址再次发生变化实际上又生成为新的切片了，新切片长度和容量都为4运行结果为：len: 4  cap: 4 pointer: 0xc000070160
a = append(a, 5) // 再追加一个元素
fmt.Printf("len: %d  cap: %d pointer: %p\n", len(a), cap(a), a)//注意切片扩容策略是倍增方式容量由4变成8，而长度是5运行结果为：len: 4  cap: 4 pointer: 0xc000070160

}

可以观察到切片在扩容时，其容量(cap)的速度规律是以2 倍数进行的。

2.在切片中元素的删除

删除切片中开头的N个元素

使用x = x[N:] 的方式来在切片中删除由第i个元素开始的N个元素

具体代码如下：

package main


import (
"fmt"
)

func main() {
var a = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} //使用原始定义法来声明并初始化一个切片
fmt.Println(a)                               //运行结果为[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
a = a[1:]                                    // 删除第1个元素
fmt.Println(a)                               //删头第1个元素后，运行结果为[2 3 4 5 6 7 8 9 10]
a = a[2:]                                    // 删除前2个元素
fmt.Println(a)                               //删头前2个元素后，运行结果为[4 5 6 7 8 9 10]

}

3、深入理解GO语言中的切片

有关切片的代码位置在GOPATH\src\runtime\slice.go，其中对于几个重点函数解读如下：

1.slice 结构定义

首先slice是这样一个结构体，他有一个存放数据的数组，和一个长度len与容量cap构成

type slice struct {

array unsafe.Pointer    
len   int    
cap   int
}

2.创建切片的makeslice函数

而创建切片的函数makeslice如下，可以看到函数会对于内存进行预分配，如果成功再正式分配内存，他建切片的makeslice函数源码及注释如下：

func makeslice(et *_type, len, cap int) slice {

     mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(cap))//此函数计算et.size也就是每个元素所占空间的大小，并与容量cap相乘，其中mem既为所需要最大内存，overflow代表是否会造成溢出
if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap {//判断是否有溢出，长度为负数或者长度比容量大的情况，如存在 直接panic
// NOTE: Produce a 'len out of range' error instead of a
// 'cap out of range' error when someone does make([]T, bignumber).
// 'cap out of range' is true too, but since the cap is only being
// supplied implicitly, saying len is clearer.
// See golang.org/issue/4085.
mem, overflow := math.MulUintptr(et.size, uintptr(len))
if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 {
panicmakeslicelen()
}
panicmakeslicecap()
}
return mallocgc(mem, et, true)// 如果错误检查成功，则分配内存，注意slice对象会被GC所自动清除。

}

3.扩容函数growslice

通过阅读growslice的源码可以看在这个函数当中，扩容的规则是在长度小于1024时按照一直采用的是翻倍的方式进行扩容，在大于1024后，每次扩容至原容量的1.25倍，新容量计算完成后对于内存进行预分配，这点也makeslice的想法一致，接下再将老slice中的数据通过memmove(p, old.array, lenmem)的方式拷贝至新的slice。growlice函数源码及注释如下：

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {


// 单纯地扩容，不写数据
    if et.size == 0 {
        if cap < old.cap {
            panic(errorString("growslice: cap out of range"))
        }
        // append should not create a slice with nil pointer but non-zero len.
        // We assume that append doesn't need to preserve old.array in this case.
        return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
    }
// 扩容规则 1.新的容量大于旧的2倍，直接扩容至新的容量
// 2.新的容量不大于旧的2倍，当旧的长度小于1024时，扩容至旧的2倍，否则扩容至旧的1.25倍
    newcap := old.cap
    doublecap := newcap + newcap
    if cap > doublecap {
        newcap = cap
    } else {
        if old.len < 1024 {
            newcap = doublecap
        } else {
            for newcap < cap {
                newcap += newcap / 4
            }
        }
    }

// 跟据切片类型和容量计算要分配内存的大小

var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
    switch {
case et.size == 1:
lenmem = uintptr(old.len)
newlenmem = uintptr(cap)
capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
newcap = int(capmem)
case et.size == sys.PtrSize:
lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
var shift uintptr
if sys.PtrSize == 8 {
// Mask shift for better code generation.
shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
} else {
shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
}
lenmem = uintptr(old.len) << shift
newlenmem = uintptr(cap) << shift
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
newcap = int(capmem >> shift)
default:
lenmem = uintptr(old.len) * et.size
newlenmem = uintptr(cap) * et.size
capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
capmem = roundupsize(capmem)
newcap = int(capmem / et.size)
}
// 异常情况，旧的容量比新的容量还大或者新的容量超过限制了
    if cap < old.cap || uintptr(newcap) > maxSliceCap(et.size) {
        panic(errorString("growslice: cap out of range"))
    }

    var p unsafe.Pointer
    if et.kind&kindNoPointers != 0 {

// 为新的切片开辟容量为capmem的地址空间
        p = mallocgc(capmem, nil, false)
// 将旧切片的数据搬到新切片开辟的地址中
        memmove(p, old.array, lenmem)
        // The append() that calls growslice is going to overwrite from old.len to cap (which will be the new length).
        // Only clear the part that will not be overwritten.
// 清理下新切片中剩余地址，不能存放堆栈指针

// memclrNoHeapPointers clears n bytes starting at ptr.
//
// Usually you should use typedmemclr. memclrNoHeapPointers should be
// used only when the caller knows that *ptr contains no heap pointers
// because either:
//
// 1. *ptr is initialized memory and its type is pointer-free.
//
// 2. *ptr is uninitialized memory (e.g., memory that's being reused
//    for a new allocation) and hence contains only "junk".
        memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
    } else {
        // Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
        p = mallocgc(capmem, et, true)
        if !writeBarrier.enabled {
            memmove(p, old.array, lenmem)
        } else {
            for i := uintptr(0); i < lenmem; i += et.size {
                typedmemmove(et, add(p, i), add(old.array, i))
            }
        }
    }

    return slice{p, old.len, newcap}
}

三、GO语言切片的相关结论

所以通过阅读以上源代码我们也可以知道，有以下两点结论：

• append方式为数据增加元素时，如果触发切片进行扩容，则肯定是新生成了一个切片对象，并且涉及内存操作，因此append操作一定要小心。
• 建议尽量通过make函数来声明一个切片，并在初始时尽量设定好一个合理的容量值，避免切片频繁扩容带来不必要的开销。