这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 4 天

垃圾回收和性能 优化

性能优化的层面

性能优化和软件质量

自动垃圾回收

• 动态内存
• 程序在运行时根据需求动态分配的内存：
• 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-freeproblem,use-after-freeproblem
• 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

相关概念

• 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
• SeriaI 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
• collector必须感知对象指向关系的变化

• 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/花在GC上的时间）* 程序执行总时间

  • 暂停时间(Pausetime):st0Ptheworld(STW)业务是否感知

  • 内存开销(Spaceoverhead)GC元数据开销

• 追踪垃圾回收(Tracing garbage collection)
• 引用计数(Referencecounting)

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
• 标记根对象
  • 静态变量、全局变虽、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(CopyingGC)
  • 将死亡对象的内存标记“可分配“(Mark-sweepGC)
  • 移动并整理存活对象(Mark-compactGC)
• 根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

分代GC(Generational GC)

• 分代假说(Generationalhypothesis):mostobjectsdieyoung
• lntuition:很多对象在分配出来后很快就不再使用了
• 每个对象都有年龄：经历过GC的次数
• 目的：对年轻和老年的对象，制定不同的GC策略，降低整体内存管理的开销
• 不同年龄的对象处于heap的不同区域
  • 年轻代(Younggeneration)
    • 常规的对須分配
    • 由于存活对象很少，可以采用copyingcollection
    • GC吞吐率很高
  • 老年代(Oldgeneration)
    • 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大
    • 可以采用mark-sweepcollection

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(smartpointer)

• 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操作的原子性和可见性

  • 无法回收环形数据结构_weakreference

  • 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