在 Go 语言中,有一个很常用的数据结构,那就是切片(Slice)。

切片是一个拥有相同类型元素的可变长度的序列,它是基于数组类型做的一层封装。它非常灵活,支持自动扩容。

切片是一种引用类型,它有三个属性:指针长度容量

底层源码定义如下:

  • 指针: 指向 slice 可以访问到的第一个元素。
  • 长度: slice 中元素个数。
  • 容量: slice 起始元素到底层数组最后一个元素间的元素个数。
make([]byte, 5)

声明和初始化

切片的使用还是比较简单的,这里举一个例子,直接看代码吧。

扩容时机

append

扩容时,Go 运行时会分配一个新的底层数组,并将原始切片中的元素复制到新数组中。然后,原始切片将指向新数组,并更新其长度和容量。

make
append
append

追加多个值:

输出结果为:

初始切片: [1 2 3]
追加多个值后的切片: [1 2 3 4 5 6]

再来看一下直接追加一个切片:

输出结果为:

初始切片: [1 2 3]
追加另一个切片后的切片: [1 2 3 4 5 6]

再来看一个发生扩容的例子:

输出结果为:

初始状态: len=0 cap=3 []
添加元素1: len=1 cap=3 [1]
添加元素2: len=2 cap=3 [1 2]
添加元素3: len=3 cap=3 [1 2 3]
添加元素4: len=4 cap=6 [1 2 3 4]
添加元素5: len=5 cap=6 [1 2 3 4 5]

03append5
46

表面现象已经看到了,接下来,我们就深入到源码层面,看看切片的扩容机制到底是什么样的。

源码分析

appendappendgrowslice
growsliceappend
growslicegrowslice

切片扩容策略有两个阶段,go1.18 之前和之后是不同的,这一点在 go1.18 的 release notes 中有说明。

下面我用 go1.17 和 go1.18 两个版本来分开说明。先通过一段测试代码,直观感受一下两个版本在扩容上的区别。

append

然后记录容量的变化,每当容量发生变化的时候,记录下老的容量,添加的元素,以及添加完元素之后的容量。

这样就可以观察,新老 slice 的容量变化情况,从而找出规律。

运行结果(1.17 版本):

[0 ->   -1] cap = 0     |  after append 0     cap = 1   
[0 ->    0] cap = 1     |  after append 1     cap = 2   
[0 ->    1] cap = 2     |  after append 2     cap = 4   
[0 ->    3] cap = 4     |  after append 4     cap = 8   
[0 ->    7] cap = 8     |  after append 8     cap = 16  
[0 ->   15] cap = 16    |  after append 16    cap = 32  
[0 ->   31] cap = 32    |  after append 32    cap = 64  
[0 ->   63] cap = 64    |  after append 64    cap = 128 
[0 ->  127] cap = 128   |  after append 128   cap = 256 
[0 ->  255] cap = 256   |  after append 256   cap = 512 
[0 ->  511] cap = 512   |  after append 512   cap = 1024
[0 -> 1023] cap = 1024  |  after append 1024  cap = 1280
[0 -> 1279] cap = 1280  |  after append 1280  cap = 1696
[0 -> 1695] cap = 1696  |  after append 1696  cap = 2304

运行结果(1.18 版本):

[0 ->   -1] cap = 0     |  after append 0     cap = 1
[0 ->    0] cap = 1     |  after append 1     cap = 2   
[0 ->    1] cap = 2     |  after append 2     cap = 4   
[0 ->    3] cap = 4     |  after append 4     cap = 8   
[0 ->    7] cap = 8     |  after append 8     cap = 16  
[0 ->   15] cap = 16    |  after append 16    cap = 32  
[0 ->   31] cap = 32    |  after append 32    cap = 64  
[0 ->   63] cap = 64    |  after append 64    cap = 128 
[0 ->  127] cap = 128   |  after append 128   cap = 256 
[0 ->  255] cap = 256   |  after append 256   cap = 512 
[0 ->  511] cap = 512   |  after append 512   cap = 848 
[0 ->  847] cap = 848   |  after append 848   cap = 1280
[0 -> 1279] cap = 1280  |  after append 1280  cap = 1792
[0 -> 1791] cap = 1792  |  after append 1792  cap = 2560

根据上面的结果还是能看到区别的,具体扩容策略下面边看源码边说明。

go1.17

growslice

在分配内存空间之前需要先确定新的切片容量,运行时根据切片的当前容量选择不同的策略进行扩容:

  • 如果期望容量大于当前容量的两倍就会使用期望容量;
  • 如果当前切片的长度小于 1024 就会将容量翻倍;
  • 如果当前切片的长度大于等于 1024 就会每次增加 25% 的容量,直到新容量大于期望容量;

go1.18

newcap += (newcap + 3*threshold) / 4

在分配内存空间之前需要先确定新的切片容量,运行时根据切片的当前容量选择不同的策略进行扩容:

newcap + 3*threshold

内存对齐

分析完两个版本的扩容策略之后,再看前面的那段测试代码,就会发现扩容之后的容量并不是严格按照这个策略的。

那是为什么呢?

growsliceroundupsizenewcap

这个函数的实现就不在这里深入了,先挖一个坑,以后再来补上。

总结

appendappendgrowslice

切片扩容分两个阶段,分为 go1.18 之前和之后:

一、go1.18 之前:

  • 如果期望容量大于当前容量的两倍就会使用期望容量;
  • 如果当前切片的长度小于 1024 就会将容量翻倍;
  • 如果当前切片的长度大于 1024 就会每次增加 25% 的容量,直到新容量大于期望容量;

二、go1.18 之后:

newcap + 3*threshold