1. Slice实现原理

Slice依托数组实现，底层数组对用户屏蔽，在底层数组容量不足时可以实现自动重分配并生成新的Slice。 接下来按照实际使用场景分别介绍其实现机制。

源码包中src/runtime/slice.go:slice定义了Slice的数据结构：

type slice struct {
	array unsafe.Pointer
	len   int
	cap   int
}

切片的底层结构是一个结构体，对应有三个参数:

• array: 是一个unsafe.Pointer指针，指向一个具体的底层数组
• len: 指的是切片的长度
• cap: 指的是切片的容量

2. Slice的使用方法

2.1 使用make创建Slice

使用make来创建Slice时，可以同时指定长度和容量，创建时底层会分配一个数组，数组的长度即容量。

例如，语句slice := make([]int, 5, 10)所创建的Slice，结构如下图所示：

该Slice长度为5，即可以使用下标slice[0] ~ slice[4]来操作里面的元素，capacity为10，表示后续向slice添加新的元素时可以不必重新分配内存，直接使用预留内存即可。

2.2 使用数组创建Slice

使用数组来创建Slice时，Slice将与原数组共用一部分内存。

例如，语句slice := array[5:7]所创建的Slice，结构如下图所示：

切片从数组array[5]开始，到数组array[7]结束（不含array[7]），即切片长度为2，数组后面的内容都作为切片的预留内存，即capacity为5。

数组和切片操作可能作用于同一块内存，这也是使用过程中需要注意的地方。

2.3 Slice 扩容

使用append向Slice追加元素时，如果Slice空间不足，将会触发Slice扩容，扩容实际上是重新分配一块更大的内存，将原Slice数据拷贝进新Slice，然后返回新Slice，扩容后再将数据追加进去。

例如，当向一个capacity为5，且length也为5的Slice再次追加1个元素时，就会发生扩容，如下图所示：

扩容操作只关心容量，会把原Slice数据拷贝到新Slice，追加数据由append在扩容结束后完成。上图可见，扩容后新的Slice长度仍然是5，但容量由5提升到了10，原Slice的数据也都拷贝到了新Slice指向的数组中。

扩容容量的选择遵循以下规则：

• 如果原Slice容量小于1024，则新Slice容量将扩大为原来的2倍
• 如果原Slice容量大于等于1024，则新Slice容量将扩大为原来的1.25倍
• 使用append()向Slice添加一个元素的实现步骤如下：
  • 假如Slice容量够用，则将新元素追加进去，Slice.len++，返回原Slice.
  • 原Slice容量不够，则将Slice先扩容，扩容后得到新Slice;将新元素追加进新Slice，Slice.len++，返回新的Slice。

2.4 注意事项

• 创建切片时可根据实际需要预分配容量，尽量避免追加过程中扩容操作，有利于提升性能
• 切片拷贝时需要判断实际拷贝的元素个数
• 谨慎使用多个切片操作同一个数组，以防读写冲突
• 使用append()向切片追加元素时有可能触发扩容，扩容后将会生成新的切片

3. Slice性能

通过上面我们知道slice的扩容涉及到内存的拷贝，这样带来的好处是数据存储在连续内存上，比随机访问快很多，最直接的性能提升就是缓存命中率会高很多。

拷贝内存数据是有开销的， 而其中最大的开销不在 memmove 数据上，而是在开辟一块新内存malloc及之后的GC压力，拷贝连续内存是很快的，随着cap变大，拷贝总成本还是 O(N) ,只是常数大了。假如不想发生拷贝，那你就没有连续内存。此时随机访问开销会是：链表 O(N), 2倍增长块链 O(LogN), 二级表一个常数很大的 O(1)。

如果能大致知道所需的最大空间（在大部分时候都是的）时，在make的时候预留相应的 cap 就好。

如果需要的空间很大，而且每次都不确定，那就要在浪费内存和耗 CPU 在 malloc + gc 上做权衡。