Golang - slice 内部实现原理解析
一.Go中的数组和slice的关系
1.数组
在几乎所有的计算机语言中，数组的实现都是一段连续的内存空间，Go语言数组的实现也是如此，但是Go语言中的数组和C语言中数组还是有所不同的
- C语言数组变量是指向数组第一个元素的指针
- Go语言的数组是一个值，一个数组变量就代表整个数组，意味着Go语言的数组在传递的时候，传递是是原数组的拷贝！
这也就意味着数组在传递的时候，对大数组来说，内存代价会非常大，影响性能，传递数组指针可以解决这个问题，但是数组指针也有一个弊端：
- 原数组的指针指向改变了，那函数里面的指针指向也会跟着改变，某些情况下，可能会产生意想不到的bug
slice的出现，便是为了解决这个问题
2.slice
先来看一张图,上图中，ptr就是指向底层数组的指针，len是指slice的长度，cap是指slice的容量
- slice本身并不是动态数组或者数组指针，它的内部实现是通过指针引用底层数组，设置相关的属性，将数据的读写操作限定在指定的区域内
- slice本身是一个只读读写，你修改的是底层数组，而不是slice本身，其工作机制类似于数组指针的一种封装
- slice是对数组中一个连续片段的引用，所以slice是一个引用类型
当然从宏观和使用上来说，你可以将slice当做一个长度可变的数组，类似C++的Vector。
二.slice的初始化方式
方式1：字面量
s = s[2:4]
指针指向s[2]，容量是3，长度是2
需要注意的是，尽量不要采用字面量这种方式初始化slice，除非情况特殊，因为一个字面量数组可以初始化很多个slice，修改一个slice，会影响另一个slice的值，因为引用的都是同一个底层数组
比如下图
sliceA和sliceB都是同一个底层数组，并且有重叠的部分！Array[2],30
方式2：make
s := make([]byte, 5)
最为安全的slice初始化方式，推荐使用，除非业务特殊你实在想让你的slice共用同一个底层数组，再补充一个图，来说明slice长度和容量的区别
长度4，代表此时4个元素，容量6，代表总共可以装6个元素，还有两个位置空闲
三.slice的扩容规则
slice可以理解为动态数组，既然是动态数组，那必然需要进行扩容，slice扩容遵循以下规则：
- slice容量小于1024个元素，则扩容后容量直接翻倍，
- slice容量不小于1024个元素，则每次增加原来容量是四分之一
- 如果扩容后，还是比底层数组的容量小，那么slice的指针还是指向原来的底层数组。
- 如果扩容后，超过了底层数组的容量，那么会开辟一块新内存，并将原来的值拷贝过来，这种情况，slice的任何操作都不会影响原底层数组
四. slice的拷贝
1.浅拷贝情况
- 浅拷贝，拷贝的是地址，只是复制指向对象的指针
- slice是引用类型数据，默认引用类型数据，全部都是浅拷贝，slice，Map等
slice2 := slice1
- slice1和slice2指向的都是同一个底层数组，任何一个数组元素被改变，都可能会影响两个slice
- 在slice触发扩容操作前，slice1和slice2指向的都是相同数组，但在触发扩容操作后，二者指向的就不一定是相同的底层数组了，具体可参考上诉slice的扩容规则
2. 深拷贝情况
- 深拷贝，拷贝的是数据本身，会创建一个新对象
copy(slice2, slice1)
- 新对象和原对象不共享内存，在新建对象的内存中开辟一个新的内存地址，新对象的值修改不会影响原对象值，既然内存地址不同，释放内存地址时，可以分别释放
五. slice内存泄露情况
当slice的底层数组很大，但slice所取元素数量很小时，底层数组占据的大部分空间都是被浪费的
- 比如b数组很大，slice a只引用了b很小的一部分，只要slice a还在，b数组就永远不会被回收，就是造成了内存泄露！
var a []int
func test(b []int) {
a = b[:1] // 和b共用一个底层数组
return
}
解决方法：
- 不再引用b数组，将需要的数据复制到一个新的slice中，这样新slice的底层数组，就和b数组无任何关系了
var a []int
func test(b []int) {
a = make([]int, 1)
copy(a, b[:0])
return
}
六. slice 非并发安全
slice不是并发安全的，要并发安全，有两种方法:
- 加锁
- channle
1.加锁
适合于对性能要求不高的场景，毕竟锁的粒度太大，这种方式属于通过共享内存来实现通信
func TestSliceConcurrencySafeByMutex(t *testing.T) {
var lock sync.Mutex //互斥锁
a := make([]int, 0)
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func(i int) {
defer wg.Done()
lock.Lock()
defer lock.Unlock()
a = append(a, i)
}(i)
}
wg.Wait()
t.Log(len(a))
// equal 10000
}
2.channle
适合于对性能要求大的场景，channle就是专用于goroutine间通信的，这种方式属于通过通信来实现共享内存，而Go的箴言便是：尽量通过通信来实现内存共享，而不是通过共享内存来实现通信，推荐此方法！
func TestSliceConcurrencySafeByChanel(t *testing.T) {
buffer := make(chan int)
a := make([]int, 0)
// 消费者
go func() {
for v := range buffer {
a = append(a, v)
}
}()
// 生产者
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func(i int) {
defer wg.Done()
buffer <- i
}(i)
}
wg.Wait()
t.Log(len(a))
// equal 10000
}
七. 小结
根据上述内容，可以总结出以下几点：
- 创建slice时应根据实际需要预分配容量，避免追加过程中频繁扩容，有助于性能提升
- slice是非并发安全的，如要实现并发安全，请采用锁或channle
- 大数组作为函数参数时，会复制整个数组，消耗过多内存，建议采用slice或指针
- 如果只用到大的slice或数组的一部分，建议将需要部分复制到新的slice中取，减少内存占用
- 多个slice指向相同的底层数组时，修改其中一个slice，可能会影响其他slice的值
- slice作为参数传递时，比数组更为高效，因为slice本身的结构就比较小！所以你参数传递时，传slice和传slice的引用，其实开销区别不大
- slice在扩容时，可能会发生底层数组的变更和内存拷贝
参考：