Go的内存管理 | 青训营笔记

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这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第2篇笔记

自动内存管理是什么

自动内存管理也叫垃圾回收，是指由程序语言的运行时系统管理动态内存，避免手动管理，降低开发的负担。

自动内存管理有什么好处

  • 避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑
  • 保证内存使用的正确性和安全性

自动内存管理需要做什么

自动内存管理的三个任务：

  • 为新对象分配内存
  • 找到存活对象
  • 回收死亡对象的内存空间

相关概念介绍

  • Mutator：业务线程，分配新对象，修改对象指向关系
  • Collector：GC线程，找到存活对象，回收死亡对象的内存空间
  • Serial GC：只有一个collector
  • Parallel GC：支持多个collectors同时回收的GC算法
  • Concurrent GC:mutator(s)和collector(s)可以同时执行的GC算法

评价GC算法

  • 安全性（Safety）：不能回收存活的对象 基本要求
  • 吞吐率（Throughput）：1−GC时间程序执行总时间1 - \frac{GC时间}{程序执行总时间} 花在GC上的时间
  • 暂停时间（Pause time）：stop the world（STW）业务是否感知（GC可能导致业务进程暂停）
  • 内存开销（SPace overhead）GC元数据开销

常见的GC算法

可达性分析法

  • 对象被回收的条件：从根对象指针指向关系不可达的对象

image.png

  • 标记根对象

    • 静态变量、全局变量、常量、线程栈等

  • 标记：找到可达对象

    • 求指针指向关系的传递闭包：从根对象出发，找到所有的可达对象

  • 清理：所有不可达对象

    • 将存活对象复制到另外的内存区域（Copying GC）
    • 将死亡对象的内存标记为“可分配”（Mark-sweep GC）
    • 移动并整理存活对象（Mark-compact GC）

分代GC

  • 原因：大部分对象的存活时间都很短，即很多对象分配出来很快就会被回收

  • 目的：对年轻和老年的对象指定不同的GC策略，降低整体内存管理的开销

每个对象都有年龄，年龄为经过GC的次数，不同年龄的对象处于堆的不同区域

  • 年轻代（Young generation）
    • 常规的对象分配
    • 由于存活对象很少，可以采用copying GC
    • GC吞吐率很高
  • 老年代（Old generation）
    • 对象区域一直活在，反复复制开销较大
    • 可以采用mark-compact GC

引用计数法

  • 每个对象都有一个与之关联的引用数目
  • 对象存活的条件：当且仅当引用计数大于0

图中数字代表引用计数的大小，灰色对象将在下次GC清除 image.png

  • 优点
    • 内存管理的操作被平摊到程序执行过程中
    • 内存管理不需要了解runtime的实现细节：例如 C++智能指针
  • 缺点
    • 维护引用计数的开销较大：需要通过原子操作保证对引用计数操作的原子性和可见性
    • 无法回收环形数据结构
    • 回收内存时依然可能引发暂停
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