Go语言内置运行时（就是runtime），抛弃了传统的内存分配方式，改为自主管理。这样可以自主地实现更好的内存使用模式，比如内存池、预分配等等。这样，不会每次内存分配都需要进行系统调用。

Golang运行时的内存分配算法主要源自 Google 为 C 语言开发的 TCMalloc算法，全称 Thread-CachingMalloc。核心思想就是把内存分为多级管理，从而降低锁的粒度。它将可用的堆内存采用二级分配的方式进行管理：每个线程都会自行维护一个独立的内存池，进行内存分配时优先从该内存池中分配，当内存池不足时才会向全局内存池申请，以避免不同线程对全局内存池的频繁竞争。

为了更好的阅读体验，手动贴上文章目录：

基础概念

Go在程序启动的时候，会先向操作系统申请一块内存（注意这时还只是一段虚拟的地址空间，并不会真正地分配内存），切成小块后自己进行管理。

申请到的内存块被分配了三个区域，在X64上分别是512MB，16GB，512GB大小。

arena区域就是我们所谓的堆区，Go动态分配的内存都是在这个区域，它把内存分割成 8KB大小的页，一些页组合起来称为 mspan。

bitmap区域标识 arena区域哪些地址保存了对象，并用 4bit标志位表示对象是否包含指针、 GC标记信息。 bitmap中一个 byte大小的内存对应 arena区域中4个指针大小（指针大小为 8B ）的内存，所以 bitmap区域的大小是 512GB/(4*8B)=16GB。如下图：

从上图其实还可以看到bitmap的高地址部分指向arena区域的低地址部分，也就是说bitmap的地址是由高地址向低地址增长的。

spans区域存放 mspan（也就是一些 arena分割的页组合起来的内存管理基本单元，后文会再讲）的指针，每个指针对应一页，所以 spans区域的大小就是 512GB/8KB*8B=512MB。除以8KB是计算 arena区域的页数，而最后乘以8是计算 spans区域所有指针的大小。创建 mspan的时候，按页填充对应的 spans区域，在回收 object时，根据地址很容易就能找到它所属的 mspan。

内存管理单元

mspan：Go中内存管理的基本单元，是由一片连续的 8KB的页组成的大块内存。注意，这里的页和操作系统本身的页并不是一回事，它一般是操作系统页大小的几倍。一句话概括： mspan是一个包含起始地址、 mspan规格、页的数量等内容的双端链表。

每个 mspan按照它自身的属性 SizeClass的大小分割成若干个 object，每个 object可存储一个对象。并且会使用一个位图来标记其尚未使用的 object。属性 SizeClass决定 object大小，而 mspan只会分配给和 object尺寸大小接近的对象，当然，对象的大小要小于 object大小。还有一个概念： SpanClass，它和 SizeClass的含义差不多，

1. 
   

   Size_Class = Span_Class / 2

   
   

这是因为其实每个 SizeClass有两个 mspan，也就是有两个 SpanClass。其中一个分配给含有指针的对象，另一个分配给不含有指针的对象。这会给垃圾回收机制带来利好，之后的文章再谈。

如下图， mspan由一组连续的页组成，按照一定大小划分成 object。

Go1.9.2里 mspan的 SizeClass共有67种，每种 mspan分割的object大小是8*2n的倍数，这个是写死在代码里的：

1. 
   

   // path: /usr/local/go/src/runtime/sizeclasses.go

   
   

2. 
   

   const _NumSizeClasses = 67

   
   

3. 
   

   var class_to_size = [_NumSizeClasses]uint16{0, 8, 16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160, 176, 192, 208, 224, 240, 256, 288, 320, 352, 384, 416, 448, 480, 512, 576, 640, 704, 768, 896, 1024, 1152, 1280, 1408, 1536,1792, 2048, 2304, 2688, 3072, 3200, 3456, 4096, 4864, 5376, 6144, 6528, 6784, 6912, 8192, 9472, 9728, 10240, 10880, 12288, 13568, 14336, 16384, 18432, 19072, 20480, 21760, 24576, 27264, 28672, 32768}

   
   

根据 mspan的 SizeClass可以得到它划分的 object大小。 比如 SizeClass等于3， object大小就是32B。 32B大小的object可以存储对象大小范围在17B~32B的对象。而对于微小对象（小于16B），分配器会将其进行合并，将几个对象分配到同一个 object中。

数组里最大的数是32768，也就是32KB，超过此大小就是大对象了，它会被特别对待，这个稍后会再介绍。顺便提一句，类型 SizeClass为0表示大对象，它实际上直接由堆内存分配，而小对象都要通过 mspan来分配。

对于mspan来说，它的 SizeClass会决定它所能分到的页数，这也是写死在代码里的：

1. 
   

   // path: /usr/local/go/src/runtime/sizeclasses.go

   
   

2. 
   

   const _NumSizeClasses = 67

   
   

3. 
   

   var class_to_allocnpages = [_NumSizeClasses]uint8{0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 7, 6, 5, 4, 3, 5, 7, 2, 9, 7, 5, 8, 3, 10, 7, 4}

   
   

比如当我们要申请一个 object大小为 32B的 mspan的时候，在classtosize里对应的索引是3，而索引3在 class_to_allocnpages数组里对应的页数就是1。

mspan结构体定义：

1. 
   

   // path: /usr/local/go/src/runtime/mheap.go

   
   

2. 
   

   type mspan struct {

   
   

3. 
   

      //链表后向指针，用于将span链接起来

   
   

4. 
   

      next *mspan

   
   

5. 
   

      //链表前向指针，用于将span链接起来

   
   

6. 
   

      prev *mspan

   
   

7. 
   

      // 起始地址，也即所管理页的地址

   
   

8. 
   

      startAddr uintptr

   
   

9. 
   

      // 管理的页数

   
   

10. 
    

       npages uintptr

    
    

11. 
    

       // 块个数，表示有多少个块可供分配

    
    

12. 
    

       nelems uintptr

    
    

13. 
    

       //分配位图，每一位代表一个块是否已分配

    
    

14. 
    

       allocBits *gcBits

    
    

15. 
    

       // 已分配块的个数

    
    

16. 
    

       allocCount uint16

    
    

17. 
    

       // class表中的class ID，和Size Classs相关

    
    

18. 
    

       spanclass spanClass  

    
    

19. 
    

       // class表中的对象大小，也即块大小

    
    

20. 
    

       elemsize uintptr

    
    

21. 
    

    }

    
    

我们将 mspan放到更大的视角来看：

上图可以看到有两个 S