自动内存管理 | 青训营笔记

用户2680023087011
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这是我参与「第五届青训营」笔记创作活动的第1天。

自动内存管理

概念介绍

基础知识

  • 业务线程（Mutator）：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
  • 序列（Serial）：Serial GC，只有一个 collector。收集时需要业务线程暂停。
  • 并发（Concurrent）：管理多任务的方式，仍然在一个处理器上运行。Concurrent GC，mutator 和 collector 同时进行
  • 并行（Parallel）：多个处理器同时运行多个任务。Parallel GC，支持多个 collector 同时回收。

垃圾回收

  • 追踪垃圾回收（Tracing garbage collection）：标记可达对象，清除不可达对象。清理方法如下：

    • semi-space collector(coping)：将内存空间均分为两部分，其中一部分达到容量上限时，触发垃圾回收，将可达对象复制到另一半空间

gc_copy_opengenus

  • mark and sweep：递归遍历可达对象（mark），遍历所有对象并清除不可达（sweep）

)

  • mark and compact：相当于复制算法的改进版，降低了空间开销

gc_compact

  • 引用计数：

    • 给对象添加引用计数器，为 0 时即可清除。
    • 优点：内存管理的操作被平摊到程序执行过程中。
    • 缺点：开销大；环形结构无法回收；无法避免暂停

  • 分代回收：

    • 原理：大多数对象会夭折。
    • 当新生代内存满时，可以使用复制算法清除。老年代满时，使用 mark-sweep 法清除。

Go 内存管理和优化

image-20230119114126132

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TCMalloc(Thread-Caching Malloc)

定长记录，不定长记录

  • free list：用链表存储未分配内存，表头用于分配，表尾用于收集回收的内存。常用于定长记录
  • 内存分块：将内存分块，给对象分配整数倍的块

mmap()(memory-mapped)

内存映射实现了虚拟内存，可以操作比内存更大的文件。或者实现从内核缓冲区到用户缓冲区的映射，减少上下文切换

 func Map(f *os.File, prot, flags int) (MMap, error)

prot：映射的保护等级（读写权限）

flags：unix.MAP_SHARED，unix.MAP_PRIVATE，unix.MAP_ANON

课上-性能优化及自动内存管理

优化角度

  • 业务层优化

  • 语言运行时优化

  • 数据驱动

    • 使用性能分析工具-pprof
    • 优先优化最大瓶颈

工作原则

  • 测试用例覆盖面尽可能广
  • 文档：已实现，未实现，效果
  • 隔离：通过选项控制是否开启
  • 可观测：输出日志

自动内存管理

优势

  • 降低开发难度
  • 保证内存使用安全性和正确性

评价指标

  • 安全性：不回收存活对象
  • 吞吐率：1-\frac{GC时间}{程序执行总时间}，即花在GC上的时间
  • 暂停时间
  • 内存开销

编译器优化

函数内联

将 callee 的副本替换到 caller 位置上，同时重写代码反映参数的绑定

  • 优点：消除调用开销；转化为过程内分析，方便其他优化
  • 缺点：函数体变大，icache 不友好

Beast Mode

调整内联策略，内联更多函数

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