Go Map内存开销深度解析与测量

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "unsafe"
)

// Alloc 函数用于获取当前Go程序的总堆内存分配量
// 它会先强制执行垃圾回收，然后读取内存统计信息
func Alloc() uint64 {
    var stats runtime.MemStats
    runtime.GC() // 强制垃圾回收，确保测量的是当前活跃对象的内存
    runtime.ReadMemStats(&stats)
    // 排除掉 hs 切片本身占用的内存，因为我们只关心 map 实例的内存
    // 注意：这里的 unsafe.Sizeof(hs[0]))*uint64(cap(hs)) 是一个近似值
    // 实际 hs 切片可能在 Append 时会扩容，这里简化处理。
    // 对于本实验目的，主要关注 map 对象的增量，此排除项影响不大。
    return stats.Alloc - uint64(unsafe.Sizeof(hs[0]))*uint64(cap(hs))
}

// hs 用于在循环中持有 map 的指针，防止它们被垃圾回收
var hs = []*map[int16]byte{}

func main() {
    // 重置 hs 切片，确保每次实验都是从干净状态开始
    hs = []*map[int16]byte{}
    n := 1000 // 创建 1000 个 map 实例进行测量

    // 测量空 map 的内存开销
    before := Alloc()
    for i := 0; i < n; i++ {
        h := map[int16]byte{} // 创建一个空 map
        hs = append(hs, &h)  // 将 map 的地址添加到切片中，防止被GC
    }
    after := Alloc()
    emptyPerMap := float64(after-before) / float64(n)
    fmt.Printf("创建 %d 个空 map 占用的总字节数: %d, 每个空 map 平均字节数: %.1f\n", n, after-before, emptyPerMap)
    hs = nil // 释放 hs 切片，以便后续测量

    // 测量不同元素数量 map 的内存开销
    k := 1
    for p := 1; p < 16; p++ { // 循环 p 次，每次将 k 翻倍 (1, 2, 4, ..., 16384)
        before = Alloc()
        for i := 0; i < n; i++ {
            h := map[int16]byte{}
            for j := 0; j < k; j++ {
                h[int16(j)] = byte(j) // 向 map 中添加 k 个元素
            }
            hs = append(hs, &h)
        }
        after = Alloc()
        fullPerMap := float64(after-before) / float64(n)
        fmt.Printf("创建 %d 个包含 %d 个元素的 map 占用的总字节数: %d, 每个 map 平均字节数: %.1f\n", n, k, after-before, fullPerMap)
        // 计算每项键值对的平均额外开销
        fmt.Printf("每项键值对的平均额外开销: %.1f\n", (fullPerMap-emptyPerMap)/float64(k))
        k *= 2 // 元素数量翻倍
    }
}

创建 1000 个空 map 占用的总字节数: 146816, 每个空 map 平均字节数: 146.8
创建 1000 个包含 1 个元素的 map 占用的总字节数: 147040, 每个 map 平均字节数: 147.0
每项键值对的平均额外开销: 0.2
创建 1000 个包含 2 个元素的 map 占用的总字节数: 147040, 每个 map 平均字节数: 147.0
每项键值对的平均额外开销: 0.1
创建 1000 个包含 4 个元素的 map 占用的总字节数: 247136, 每个 map 平均字节数: 247.1
每项键值对的平均额外开销: 25.1
创建 1000 个包含 8 个元素的 map 占用的总字节数: 439056, 每个 map 平均字节数: 439.1
每项键值对的平均额外开销: 36.5
创建 1000 个包含 16 个元素的 map 占用的总字节数: 818688, 每个 map 平均字节数: 818.7
每项键值对的平均额外开销: 42.0
创建 1000 个包含 32 个元素的 map 占用的总字节数: 1194688, 每个 map 平均字节数: 1194.7
每项键值对的平均额外开销: 32.7
创建 1000 个包含 64 个元素的 map 占用的总字节数: 2102976, 每个 map 平均字节数: 2103.0
每项键值对的平均额外开销: 30.6
创建 1000 个包含 128 个元素的 map 占用的总字节数: 4155072, 每个 map 平均字节数: 4155.1
每项键值对的平均额外开销: 31.3
创建 1000 个包含 256 个元素的 map 占用的总字节数: 6698688, 每个 map 平均字节数: 25.6
创建 1000 个包含 512 个元素的 map 占用的总字节数: 14142976, 每个 map 平均字节数: 27.3
创建 1000 个包含 1024 个元素的 map 占用的总字节数: 51349184, 每个 map 平均字节数: 50.0
创建 1000 个包含 2048 个元素的 map 占用的总字节数: 102467264, 每个 map 平均字节数: 50.0
创建 1000 个包含 4096 个元素的 map 占用的总字节数: 157214816, 每个 map 平均字节数: 38.3
创建 1000 个包含 8192 个元素的 map 占用的总字节数: 407031200, 每个 map 平均字节数: 49.7
创建 1000 个包含 16384 个元素的 map 占用的总字节数: 782616864, 每个 map 平均字节数: 47.8