7.12 slice 扩容后容量及内存如何计算?

1. 扩容后预估容量

假设现在有一个长度为 2 的切片,对其进行扩容,增加三个元素

sli := []int{1,2}
sli = append(sli, 3, 4, 5)

对于扩容后的切片,长度为 5,这一点没有任何争议。

但容量呢?难道也是 5?

经过运行验证,实际的容量为 6 。

什么情况?这 6 是如何计算出来的呢?

这就不得不去 Go 源代码中一探究竟,在 runtime/slice.go 关于 slice 扩容增长的代码如下:

 newcap := old.cap
if newcap+newcap < cap {
    newcap = cap
} else {
    for {
        if old.len < 1024 {
            newcap += newcap
        } else {
            newcap += newcap / 4
        }
        if newcap >= cap {
            break
        }
    }
}

对于这段代码,只要理解前两行,其他的就不攻自破了

  • 第一行的 old.cap:扩容前的容量,对于此例,就是 2

  • 第二行的 cap:扩容前容量加上扩容的元素数量,对于此例,就是 2+3

整段代码的核心就是要计算出扩容后的预估容量,也就是 newcap,计算的具体逻辑是:

  1. 若 old.cap * 2 小于 cap,那 newcap 就取大的 cap

  2. 若 old.cap * 2 大于 cap,并且old.cap 小于 1024,那 newcap 还是取大,也即 newcap = old.cap * 2

  3. 若 old.cap * 2 大于 cap,但是old.cap 大于 1024,那两倍冗余可能就有点大了,系数换成 1.25,也即 newcap = old.cap * 2

但 newcap 只是预估容量,并不是最终的容量,要计算最终的容量,还需要参考另一个维度,也就是内存分配。

2. 内存的分配规律

举个现实中的例子来说

你家里有五个人,每个人都想吃绿豆糕,因此你的需求就是 5,对应上例中的 cap ,于是你就到超市里去买。

但超市并不是你家开的,绿豆糕都是整盒整盒的卖,没有卖散的,每盒的数量是 6 个,因此你最少买 6 个。

每次购买的最少数量,就可以类比做 Go 的内存分配规律。

只有了解了 Go 的内存分配规律,我们才能准确的计算出我们最少得买多少的绿豆糕(得申请多少的内存,分配多少的容量)。

关于内存管理模块的代码,在 runtime/sizeclasses.go

// class  bytes/obj  bytes/span  objects  tail waste  max waste
//     1          8        8192     1024           0     87.50%
//     2         16        8192      512           0     43.75%
//     3         32        8192      256           0     46.88%
//     4         48        8192      170          32     31.52%
...
//    17        256        8192       32           0      5.86%
//    18        288        8192       28         128     12.16%
//    19        320        8192       25         192     11.80%
//    20        352        8192       23          96      9.88%
//    21        384        8192       21         128      9.51%
//    22        416        8192       19         288     10.71%
//    23        448        8192       18         128      8.37%
//    24        480        8192       17          32      6.82%
//    25        512        8192       16           0      6.05%
...
//    66      32768       32768        1           0     12.50%

从上面这个表格中,可以总结出一些规律。

  • 在小于16字节时,每次以8个字节增加

  • 当大于16小于2^8时,每次以16字节增加

  • 当大于28小于29时以32字节增加

  • 依此规律…

3. 匹配到合适的内存

第一节中我们例子中,主人公是一个元素类型为 int 的切片,每个 int 占用为 8 个字节,由于我们计算出的 newcap 为 5,因此新的切片,最少最少要占用 5*8 = 40 个字节。

再到第二节中的表格中查看,发现离 40 byte 最接近的是 32 和 48 两个档位。

如果是 32 byte,就是不够用了,

因此 只能选择 48 这个档位去分配内存。

有了实际分配的内存,再反回去计算容量,就是扩容后真实的切片容量,也就是 48/8 = 6