Go语言的编译和运行过程
Go语言的编译和运行过程
- Go语言的编译步骤
- 前端编译
- 后端编译
- 示意图
- Go语言的运行步骤
- 程序启动
- 运行代码的初始化： 全局变量->init函数执行
- 主逻辑执行
- 程序退出：main函数执行结束和资源清理回收
- 示意图
Go语言的编译步骤
前端编译
前端编译主要负责词法分析、语法分析、语义检查和生成中间代码，输入是 Go 源代码，输出是 IR（Intermediate Representation，中间表示）。
- 词法分析： 将源代码字符拆分成为Token（词法单元）
- 语法分析： 根据Go语言的语法规则，将Token序列转化成为抽象语法树(AST)。表示代码的语法结构，比如：函数定义、表达式嵌套。
- 类型检查（语义检查）：遍历抽象语法树，验证代码语义的合法性。
- 中间代码生成： 将代类型信息的AST转化为 SSA（Static Single Assignment，静态单赋值） 形式的 IR。
- SSA 特点：每个变量仅被赋值一次，便于编译器进行优化（如常量折叠、死代码消除）。
- 示例：x := 1 + 2 会被优化为 x := 3（常量折叠）。
后端编译
后端编译将 IR 转换为目标平台的机器码，主要包括优化、代码生成和链接。
- 中间代码优化： 对于SSA形式的IR进行一系列优化。提升最终的二进制文件的性能。
- 常量传播：将常量直接替换到使用处（如 a = 5; b = a + 3 → b = 8）；
- 死代码消除：移除永远不会执行的代码（如 if false { … } 中的内容）；
- 函数内联：将小型函数的代码直接嵌入调用处，减少函数调用开销；
- 循环优化：如循环展开、循环不变量外提等。
- 机器码生成： 将优化后的中间代码（IR）转化成为对应平台的汇编代码，再进一步转化成为机器码（二进制指令）
- 链接： 将多个编译单元（.o目标文件）和依赖的标准库合并成为一个可执行文件。
示意图
源代码（.go）
→ 词法分析 → Token 序列
→ 语法分析 → AST（抽象语法树）
→ 类型检查 → 带类型的 AST
→ 中间代码生成 → SSA 形式的 IR
→ 中间代码优化 → 优化后的 IR
→ 机器码生成 → 目标文件（.o）
→ 链接 → 可执行二进制文件
Go语言的运行步骤
指的是go程序的编译好的二进制文件，从加载到内存，并执行的全过程。涉及程序启动，初始化，主逻辑执行，资源清理等阶段
程序启动
当用户执行编译好的二进制文件时，操作系统会先完成加载程序到内存中的相关工作，随后进行程序初始化阶段。
- 操作系统加载：
- 操作系统通过系统调用将程序加载到内存中，解析可执行文件头，设置程序的代码段（指令），数据段（全局变量）。
- 建立进程上下文（栈空间、寄存器状态），将程序入口点设置为初始化执行地址。
- Go运行初始化：
- 启动线程创建：操作系统创建第一个线程（通常称：m0,初始机器线程），执行Go运行时的启动代码。
- 内存分配器初始化：初始化堆内存管理结构。为后续的分配内存做准备。
- Goroutine调度器初始化：初始化调度器核心组件：G结构体、M结构体、P结构体
运行代码的初始化： 全局变量->init函数执行
- 全局变量初始化： 初始化包级别的全局变量，初始化顺序按变量在代码中声明的顺序执行；若有依赖关系（如 b 依赖 a），则先初始化被依赖的变量。
- init函数执行： 执行顺序:同一个包，按照包的声明顺序执行；不同的包按照包的依赖关系执行；全部的init函数在mian函数执行前全部执行，并且只执行一次。
主逻辑执行
初始化完成之后，函数进入核心阶段。执行main函数以及main中启动的Goroutine函数
- 启动主Goroutine（main Goroutine）
- 创建第一个用户Goroutine(main Goroutine) ,将main 函数作为执行入口。
- main Goroutine 被加入调度模型，分配给某个M 和P执行。
- 调度器工作
- Go 调度器（GPM 模型）负责在多个 M（系统线程）上调度 G（Goroutine），通过 抢占式调度 实现并发。
- 用户代码执行：main 函数中的逻辑（如函数调用、循环、条件判断等）被翻译成机器码，由 M 按指令顺序执行；若代码中使用 go 关键字启动新 Goroutine，新 G 会被加入调度队列，等待执行。
- 并发同步： 若多个 Goroutine 访问共享资源，通过 sync.Mutex、channel 等同步机制协调，确保数据安全（由运行时负责底层同步支持）
程序退出：main函数执行结束和资源清理回收
- 运行时清理
- GC 最终回收： 运行时触发最后一次垃圾回收，释放所有未被引用的内存。
- 关闭资源： 关闭打开的文件、网络连接等资源（若用户代码未显式关闭，部分资源可能由操作系统回收）。
- 销毁 Goroutine： 终止所有剩余的 Goroutine（包括运行时内部的 Goroutine，如定时器线程）。
- 进程终止
- 运行时调用操作系统的 exit 系统调用，终止当前进程，释放所有内存和系统资源（如文件描述符、网络端口）。
- 操作系统回收进程占用的内存和 CPU 资源，程序彻底退出。
示意图
执行二进制文件
→ 操作系统加载程序到内存
→ Go 运行时初始化（内存分配器、调度器、GC 等）
→ 用户代码初始化（全局变量 → init 函数）
→ 启动 main goroutine，执行 main 函数
→ 调度器调度 main goroutine 及子 Goroutine 并发执行
→ main 函数结束（等待子 Goroutine 完成后）
→ 运行时清理资源（GC、关闭连接等）
→ 进程终止，释放所有资源