Memory Management ใน Go: escape analysis, GC internals

Sharing is caring!

เข้าใจกลไกการจัดการหน่วยความจำในภาษา Go เพื่อเขียนโปรแกรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

---

บทนำ

ภาษา Go ออกแบบมาให้พัฒนาโปรแกรมได้ง่ายและเร็ว โดยมีระบบ memory management ที่ทรงพลังอยู่เบื้องหลัง เช่น garbage collector (GC) แบบ concurrent และกลไก escape analysis ที่ช่วยตัดสินว่า object ควรอยู่ใน heap หรือ stack บทความนี้จะพาคุณไปรู้จักเบื้องลึกของทั้งสองระบบ และแนะนำวิธีเขียนโค้ดให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

---

พื้นฐานของ Memory Allocation ใน Go

เมื่อเราเขียนโปรแกรม เรามักประกาศตัวแปร เช่น:

func example() {
    user := User{Name: "Alice"}
    fmt.Println(user.Name)
}

คำถามคือ user ถูกเก็บไว้ที่ไหน? stack หรือ heap? นี่คือจุดที่ escape analysis เข้ามามีบทบาท

---

Escape Analysis คืออะไร?

Escape analysis เป็นขั้นตอนที่ compiler ใช้ในการตัดสินว่า object ใดควร allocate ที่ heap หรือ stack

• ถ้าตัวแปรไม่ escape ฟังก์ชัน → วางบน stack
• ถ้า escape เช่น return pointer → วางบน heap

ตัวอย่าง:

func noEscape() {
    x := 42 // อยู่ใน stack
    fmt.Println(x)
}

func escape() *int {
    y := 42
    return &y // escape → heap
}

ใช้คำสั่งนี้ดูว่าอะไร escape:

go build -gcflags="-m"

ผลลัพธ์:

./main.go:10:6: can inline escape
./main.go:11:9: &y escapes to heap

---

Garbage Collector (GC) ใน Go

Go ใช้ GC แบบ concurrent mark-and-sweep ซึ่งหมายความว่า:

• สามารถเก็บขยะ (unused memory) ได้โดยไม่หยุด world ทั้งหมด
• แบ่ง phase เป็น mark (หา object ที่ยังใช้งาน) และ sweep (คืน memory ที่ไม่ใช้งาน)

โครงสร้างเบื้องหลัง:

runtime.gcBgMarkWorker()
runtime.gcStart()
runtime.gcSweep()

คุณสามารถใช้ environment variables เพื่อตั้งค่าการทำงานของ GC ได้ เช่น:

GOGC=100 ./myapp

ค่า GOGC ควบคุม frequency ของ GC (ค่าต่ำ = GC บ่อย)

---

การวิเคราะห์ Memory ด้วย pprof

net/http/pprof ช่วยให้วิเคราะห์ memory usage ได้ง่าย

import _ "net/http/pprof"
import "net/http"

func main() {
    go func() {
        log.Println(http.ListenAndServe("localhost:6060", nil))
    }()
    runApp()
}

แล้วเปิดเบราว์เซอร์ไปที่: http://localhost:6060/debug/pprof/

---

เคล็ดลับการจัดการหน่วยความจำอย่างมีประสิทธิภาพ

• พยายามใช้ stack allocation โดยหลีกเลี่ยงการ return pointer
• ใช้ slice reuse แทนการสร้างใหม่
• อย่าลืม defer มี cost ด้าน memory
• หลีกเลี่ยง memory leak จาก Goroutine ที่ไม่จบ

---

ตัวอย่างการ optimize memory

// ไม่ดี
func newSlice() []int {
    return make([]int, 1000000)
}

// ดีกว่า: reuse buffer
var pool = sync.Pool{
    New: func() interface{} {
        return make([]int, 1000000)
    },
}

func getSlice() []int {
    return pool.Get().([]int)
}

---

สรุป

ระบบ Memory Management ของ Go ถูกออกแบบมาอย่างชาญฉลาดให้เหมาะกับ workload ที่หลากหลาย Escape analysis และ GC internals เป็นเครื่องมือสำคัญที่เราควรรู้จักหากต้องการปรับ performance ของระบบให้ดีที่สุด

หากคุณเข้าใจการทำงานของระบบเหล่านี้ จะสามารถเขียนโปรแกรมที่ memory-efficient ได้โดยไม่ต้องเสียเวลา micromanage memory แบบ C/C++

---