Golang 内存对齐

为什么要内存对齐

CPU访问内存时，并不是逐个字节访问，而是以字长（word size）为单位访问。比如32位的CPU，字长为4字节，那么CPU访问内存的单位也是4字节。

这么设计的目的，是减少CPU访问内存的次数，加大CPU访问内存的吞吐量。比如同样读取8个字节的数据，一次读取4个字节那么只需要读取2次

• 某些处理器只能存取对齐的数据，存取非对齐的数据可能会引发异常
• 某些处理不能保证在存取非对齐数据的时候的操作是原子操作

Golang内存对齐

分析下面结构体

type S struct {
	A uint32
	B uint64
	C uint64
	D uint64
	E struct{}
}

func main() {
	fmt.Println(unsafe.Offsetof(S{}.E)) // 32
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(S{}.E)) // 0
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(S{})) // 40
}

8字节对齐

一个非空结构体包含有尾部 size 为 0 的变量(字段)，如果不给它分配内存，那么该变量(字段)的指针地址将指向一个超出该结构体内存范围的内存空间。这可能会导致内存泄漏，或者在内存垃圾回收过程中，程序 crash 掉

类型大小

类型	大小	go官方要求
bool	1	无
byte unit8 int8	1	1
unit16 int16	2	2
unit32 int32 float32	4	4
unit64 int64 float64 complex64	8	8
complex128	16	16
int uint	1 word	32位架构为4字节，64位架构为8字节
uintptr	1 word	必须能够存在任一内存地址
string	2 words	无
指针	1 word	无
切片	3 words	无
map	1 word	无
chan	1 word	无
func	1 word	无
interface	2 words	无
struct	所有字段大小之和+所有填充的字节数	空结构体大小为0
array	元素类型大小*元素数量	没有元素的数组大小为0
struct{} [0]T{}	0	0

具体代码 结构体优化

64位安全访问保证

在 32 位系统上想要原子操作 64 位字（如 uint64）的话，需要由调用方保证其数据地址是 64 位对齐的，否则原子访问会有异常。

拿uint64来说，大小为 8bytes，32 位系统上按 4 字节 对齐，64 位系统上按 8 字节对齐。在 64 位系统上，8bytes 刚好和其字长相同，所以可以一次完成原子的访问，不被其他操作影响或打断。
而 32 位系统，4byte 对齐，字长也为 4bytes，可能出现uint64的数据分布在两个数据块中，需要两次操作才能完成访问。如果两次操作中间有可能别其他操作修改，不能保证原子性。这样的访问方式也是不安全的

在 32 位系统上，开发者有义务使 64 位字长的数据的原子访问是 64 位(8 字节)对齐的。在全局变量，结构体和切片的的第一个字长数据可以被认为是 64 位对齐的

如何保证呢？
变量或开辟的结构体、数组和切片值中的第一个 64 位字可以被认为是 8 字节对齐
开辟的意思是通过声明，make，new 方式创建的，就是说这样创建的 64 位字可以保证是 64 位对齐的。

References

https://www.jianshu.com/p/67600a8ddb8c
https://xie.infoq.cn/article/594a7f54c639accb53796cfc7