内存管理一般包含三个不同的组件，分别是用户程序（Mutator）、分配器（Allocator）和收集器（Collector）1，当用户程序申请内存时，它会通过内存分配器申请新内存，而分配器会负责从堆中初始化相应的内存区域。
编程语言的内存分配器一般包含两种分配方法，一种是线性分配器（Sequential Allocator，Bump Allocator），另一种是空闲链表分配器（Free-List Allocator）。
线性分配
线性分配（Bump Allocator）是一种高效的内存分配方法，但是有较大的局限性。当我们使用线性分配器时，只需要在内存中维护一个指向内存特定位置的指针，如果用户程序向分配器申请内存，分配器只需要检查剩余的空闲内存、返回分配的内存区域并修改指针在内存中的位置。
虽然线性分配器实现为它带来了较快的执行速度以及较低的实现复杂度，但是线性分配器无法在内存被释放时重用内存。
因为线性分配器具有上述特性，所以需要与合适的垃圾回收算法配合使用，例如：标记压缩（Mark-Compact）、复制回收（Copying GC）和分代回收（Generational GC）等算法，它们可以通过拷贝的方式整理存活对象的碎片，将空闲内存定期合并，这样就能利用线性分配器的效率提升内存分配器的性能了。
空闲链表分配
空闲链表分配器（Free-List Allocator）可以重用已经被释放的内存，它在内部会维护一个类似链表的数据结构。当用户程序申请内存时，空闲链表分配器会依次遍历空闲的内存块，找到足够大的内存，然后申请新的资源并修改链表：
因为不同的内存块通过指针构成了链表，所以使用这种方式的分配器可以重新利用回收的资源，但是因为分配内存时需要遍历链表，所以它的时间复杂度是 O(n)。空闲链表分配器可以选择不同的策略在链表中的内存块中进行选择，最常见的是以下四种：
- 首次适应（First-Fit）— 从链表头开始遍历，选择第一个大小大于申请内存的内存块；
- 循环首次适应（Next-Fit）— 从上次遍历的结束位置开始遍历，选择第一个大小大于申请内存的内存块；
- 最优适应（Best-Fit）— 从链表头遍历整个链表，选择最合适的内存块；
- 隔离适应（Segregated-Fit）— 将内存分割成多个链表，每个链表中的内存块大小相同，申请内存时先找到满足条件的链表，再从链表中选择合适的内存块；
上述四种策略的前三种就不过多介绍了，Go 语言使用的内存分配策略与第四种策略有些相似，我们通过下图了解该策略的原理：
如上图所示，该策略会将内存分割成由 4、8、16、32 字节的内存块组成的链表，当我们向内存分配器申请 8 字节的内存时，它会在上图中找到满足条件的空闲内存块并返回。隔离适应的分配策略减少了需要遍历的内存块数量，提高了内存分配的效率。
分级分配
线程缓存分配（Thread-Caching Malloc，TCMalloc）是用于分配内存的机制，它比 glibc 中的 malloc 还要快很多2。Go 语言的内存分配器就借鉴了 TCMalloc 的设计实现高速的内存分配，它的核心理念是使用多级缓存将对象根据大小分类，并按照类别实施不同的分配策略。
Go 语言的内存分配器会根据申请分配的内存大小选择不同的处理逻辑，运行时根据对象的大小将对象分成微对象、小对象和大对象三种：微对象(小于16B)、小对象(16B到32KB)、大对象(大于32KB)。
因为程序中的绝大多数对象的大小都在 32KB 以下，而申请的内存大小影响 Go 语言运行时分配内存的过程和开销，所以分别处理大对象和小对象有利于提高内存分配器的性能。
内存分配器不仅会区别对待大小不同的对象，还会将内存分成不同的级别分别管理，TCMalloc 和 Go 运行时分配器都会引入线程缓存（Thread Cache）、中心缓存（Central Cache）和页堆（Page Heap）三个组件分级管理内存：
线程缓存属于每一个独立的线程，它能够满足线程上绝大多数的内存分配需求，因为不涉及多线程，所以也不需要使用互斥锁来保护内存，这能够减少锁竞争带来的性能损耗。当线程缓存不能满足需求时，运行时会使用中心缓存作为补充解决小对象的内存分配，在遇到 32KB 以上的对象时，内存分配器会选择页堆直接分配大内存。
这种多层级的内存分配设计与计算机操作系统中的多级缓存有些类似，因为多数的对象都是小对象，我们可以通过线程缓存和中心缓存提供足够的内存空间，发现资源不足时从上一级组件中获取更多的内存资源。
对象分配
(1) 小于32KB的内存分配
从mcache的本地缓存给程序分配内存，mcache挂载在P上，goroutine会从mcache中分配一个或多个mspan
page：内存页
span：内存块，一个或多个page
sizeclass：空间规格，标记该span中的page应该如何使用
object：对象，用来存储一个变量数据内存空间。span在初始化时被切割为一堆等大的object。
macache的访问不需要枷锁。
mcache资源不足时，访问mcentral，但需要加锁。
mcentral资源不足时，会向mheap申请。
(2) 小于16KB的tiny内存申请
(3) 大于32KB的内存分配
超过32KB的直接分配到mheap上
常用的内存管理优化操作
小对象结构体合并: 结构体中包结构体，不包指针？
bytes.Buffer：分配时尽可能够大
slice、map预创建合适大小
长调用栈
避免频繁创建临时对象：使用sync.pool或者复用一个对象
字符串拼接strings.Builder
不必要的memory copy，比如io.copy，比如高性能网络用到的Readv Writev， 非连续内存可以只做一个系统调用
分析内存逃逸