这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 4 天

Go 语言内存管理与编译优化课堂笔记

1 本次课堂的内容

本节课程主要分为两部分，分别是自动内存管理和Go内存管理及优化。第一部分讲解自动内存管理的相关概念及实现方式，第二部分则讲解Go内存管理及优化，包括编译器和静态分析，以及Go编译器优化。

2 详细知识点的介绍

2.1 性能优化

性能优化的目的是提升系统的处理能力，减少不必要的消耗，更有效地利用计算机资源。

进行性能优化的原因有很多，包括提高用户体验，提高效率以及降低成本等。比如说，在双十一购物时，优化性能可以让网站不再卡顿，提升用户体验；同时，优化性能还可以让系统更加高效地利用资源，降低成本。

性能优化分为三个层面：

1. 业务层优化，针对特定场景进行具体分析，容易获得较大性能收益。
2. 语言运行时优化，解决更通用的性能问题，考虑更多场景，需要在性能和其他因素之间进行权衡。
3. 数据驱动优化，使用自动化性能分析工具，依靠数据而非猜测，首先优化最大瓶颈。

2.2 软件质量

软件质量保证是通过接口稳定性保证，测试驱动，清晰文档告知用户优化的目的和效果，以及隔离和可观测性等方式来实现的。

2.3 自动内存管理

自动内存管理是指由程序语言的运行时系统负责管理动态内存，避免手动内存管理，让开发人员能够专注于业务逻辑的实现。该系统还会保证内存使用的正确性和安全性，避免常见的问题如 double-free problem 和 use-after-free problem。

几个重要概念：

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

追踪垃圾回收

追踪垃圾回收: 一种通过标记和清理来回收不再使用的内存空间的方式。根据对象可达性来判断对象是否存活。其过程包括三个步骤：

1. 标记：标记出所有可达对象，可达对象即为程序中所有引用的对象。
2. 清理：回收所有不可达对象占用的内存空间。
3. 整理：将存活对象整理到同一内存区域。

几种策略：

Copying GC: 将存活对象复制到新的内存空间，原来的空间可以直接进行对象分配。 Mark-sweep GC: 将死亡对象所在内存块标记为可分配，使用 free list 管理可分配的空间。 Mark-compact GC: 将存活对象复制到同一块内存区域的开头。

引用计数

引用计数是一种常见的自动内存管理技术。它的基本思想是为每个对象维护一个引用数目，并在程序运行过程中不断调整这个数目。当对象的引用数目为 0 时，系统就可以回收这个对象的内存。 好处在于：这种技术对程序员是透明的，不需要了解 runtime 的细节，也不需要手动管理内存。

缺点是，开销较大，因为对象可能会被多线程访问，对引用计数的修改需要原子操作保证原子性和可见性。此外一个对象的引用计数可能会被多线程修改，所以需要进行原子操作来保证原子性和可见性。这样会增加系统的开销。