这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第5天

主要记录课程的重点和课上所讲项目的每一步以及我的思考

1.性能优化

性能优化就是提升软件系统处理能力，减少不必要的消耗，充分发掘计算机算力。

性能优化主要是为了

（1）带来用户体验的提升 -让刷抖音更丝滑，让双十一购物不再卡顿（2）降低成本，提高效率 -很小的优化乘以海量机器会是显著的性能提升和成本节约

性能优化的层面

主要有业务代码，SDK，基础库，语言运行时，OS五个层面。

业务层优化
- 针对特定场景，具体问题，具体分析
- 容易获得较大性能收益
语言运行时优化
- 解决更通用的性能问题
- 考虑更多场景
- Tradeoffs
数据驱动
- 自动化性能分析工具 - pprof
- 依靠数据而非猜测
- 首先优化最大瓶颈

性能优化与软件质量

软件质量至关重要
在保证借口稳定的前提下改进具体实现
测试用例：覆盖尽可能多的场景，方便回归
文档:做了什么，没做什么，能达到怎样的效果
隔离：通过选项控制是否开启优化
可观测：必要的日志输出

2.自动内存管理

动态内存
- 程序在运行时根据需求动态分配的内存：malloc（）
自动内存管理（垃圾回收）：由程序语言的运行时系统回收动态内存
- 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：double-free problem,use-after-free problem
三个任务
- 为新对象分配空间
- 找到存活对象
- 回收死亡对象的内存空间

追踪垃圾回收

对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象
标记跟对象
- 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：从根对象处罚，找到所有可达对象
清理：所有不可达对象
- 将存活对象复制到另外的内存空间
- 将死亡对象的内存标记为“可分配”
- 移动并整理存活对象
根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

分代GC（Generation GC）

分代 GC 的设计来源于分代假说（Generational hypothesis），即大多数对象在很短的生命周期内就会死亡，分配出来后很快就不再使用了。通过为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。

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 collection
- GC吞吐率很高
老年代（Old generation）
- 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大
- 可以采用mark-sweep collection

引用计数

每个对象都有一个与之关联的引用数目
对象存活的条件：当且仅当引用数大于0
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，C++智能指针
缺点
- 维护引用计数的开销较大：通过原子操作保证对引用计数的原子性和可见性
- 无法回收环形数据结构——weak reference
- 内存开销：每个对象都引入的额外内存空间存储引用数目
- 回收内存时依然可能引发暂停

3.Go内存管理及优化

Go内存分配-分块

目标：为对象在heap上分配内存提前将内存分块

调用系统调用mmap()向OS申请一大块内存，例如4MB
先将内存划分成大块，例如8KB，称作mspan
再继续将大块划分成特定大小的小块，用于按需对象的分配
noscan mspan：分配不包含指针的对象——GC不需要扫描
scan mspan：分配包含指针的对象——GC需要扫描

对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回

Go内存分配-缓存

TCMalloc：thread caching
每个p包含一个mcache用于快速分配，用于为绑定于p上的g分配对象
mcache管理一组mspan
当mcache中的mspan分配完毕，向mcentral申请带有未分配块的mspan
当mspan中没有分配的对象，mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻释放并归还给OS

4.编译器和静态分析

编译器的结构

重要的系统软件
- 识别符合语法和非法的程序
- 生成正确且高效的代码
分析部分：（前端 front end）
- 词法分析：生成词素（lexeme）
- 语法分析：生成语法树
- 语义分析：收集类型信息，进行语义检查
- 中间代码生成：生成intermediate representation（IR）
综合部分：（后端 back end）
- 代码优化：机器无关代码，生成优化后的IR
- 代码生成：生成目标代码

静态分析

静态分析：不执行程序代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
控制流（Control flow）：程序执行的流程
数据流（Dataflow）：数据在控制流上的传递

Go编译器优化

作用：1.重新编译即可获得性能收益2.通用性优化

现状：采用的优化少；编译时间较短，没有进行较复杂的代码分析和优化

思路：

场景：面向后端长期执行任务
Tradeoff：用编译时间换取更高效的机器码

总结

今天的课概念比较多，主要是思路的讲解，听上去感觉没有那么复杂，实际上不是，需要课程后多思考回顾。

引用

该文章部分内容来自于以下内容或网页

字节内部课：Go语言内存管理详解

Go 语言内存管理详解 | 青训营笔记