面试题：Go语言Goroutine栈管理机制中，栈的扩容和缩容是如何实现的

Question

请详细描述Go语言Goroutine栈管理机制里，栈在什么情况下会进行扩容和缩容操作。分析扩容和缩容的具体实现逻辑，包括涉及到的关键数据结构和函数。

Answer 1

1. 栈扩容情况及逻辑

• 扩容情况：
  • 当Goroutine调用函数时，若栈空间不足以存放新的函数调用的局部变量和参数，就会触发栈扩容。
  • 当进行深度递归调用，栈不断增长，达到当前栈容量上限时，也会触发扩容。
• 实现逻辑：
  • 关键数据结构：
    • g结构体，代表一个Goroutine，其中包含stack字段，stack结构体有lo和hi字段分别表示栈的起始和结束地址。
    • m结构体，代表一个操作系统线程，m结构体中有curg字段指向当前正在执行的Goroutine。
  • 关键函数：
    • newstack函数负责实际的栈扩容操作。当检测到栈空间不足时，会调用newstack。它首先会分配一个新的、更大的栈空间，新栈大小通常是原栈大小的两倍。然后将原栈中的数据复制到新栈中，并调整相关的指针，比如更新g结构体中stack的lo和hi字段，以及栈指针等。同时，会将Goroutine的状态设置为Gcopystack，表示正在进行栈复制操作。复制完成后，将状态改回Grunning，继续执行Goroutine。

2. 栈缩容情况及逻辑

• 缩容情况：
  • 在Goroutine运行过程中，如果栈空间使用量持续减少，远远低于当前栈容量，就有可能触发栈缩容，以节省内存。不过Go语言的栈缩容相对不那么频繁，因为频繁的缩容操作可能带来额外开销。
• 实现逻辑：
  • 关键数据结构：与扩容类似，主要还是依赖g和m结构体来跟踪Goroutine的栈信息。
  • 关键函数：
    • 栈缩容相关的核心函数是shrinkstack。当决定进行栈缩容时，shrinkstack会先找到一个合适的新栈大小，一般是当前栈大小的一半，但需要满足一定的最小栈大小限制。然后分配新的较小的栈空间，将原栈中的活动数据复制到新栈，调整g结构体中stack的lo和hi字段以及栈指针，完成栈的缩容操作。同样，在操作过程中也会处理Goroutine状态的变化，以确保操作的原子性和正确性。