Go语言的内存管理 ｜ 青训营笔记
这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第4天
一、Go语言自动内存管理
1.1 自动内存管理的基本概念
动态内存：
- 程序在运行时根据需求动态分配的内存：类似于C语言的
malloc()
自动内存管理（垃圾回收）：由程序语言的运行时系统管理动态内存。
- 避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑（勤奋的目的是为了懒）
- 保证内存使用的 正确性 和 安全性 ：防止出现
double-free problem & use-after-free problem
1.2 三个任务
1.为新对象分配空间
2.找到存活对象
3.回收死亡对象的内存空间
1.3 相关概念
什么是GC ？
现代高级编程语言管理内存的方式分为两种：自动和手动 ，像C、C++ 等编程语言使用手动管理内存的方式，工程师编写代码过程中需要主动申请或者释放内存；而 PHP、Java 和 Go 等语言使用自动的内存管理系统，有内存分配器和垃圾收集器来代为分配和回收内存，其中垃圾收集器就是我们常说的GC。
GC算法的种类：
主流的垃圾回收算法有两大类，分别是追踪式垃圾回收算法和引用计数法（ Reference counting ）。
- 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
二、追踪垃圾回收
2.1 核心思想
追踪式算法的核心思想是判断一个对象是否可达，一旦这个对象不可达就可以在垃圾回收的控制循环里被 GC 回收了。那么我们怎么判断一个对象是否可达呢？很简单：
- 第一步找出所有的全局变量和当前函数栈里的变量，标记为可达。
- 第二步，从已经标记的数据开始，进一步标记它们可访问的变量，以此类推。
2.2 标记清除算法步骤
此算法主要有两个步骤：
- 暂停应用程序的执行, 从根对象出发标记出可达对象。
- 清除未标记的对象，恢复应用程序的执行。
2.3 标记清除的缺点
这个算法最大的问题是 GC 执行期间需要把整个程序完全暂停，不能异步地进行垃圾回收，对实时性要求高的系统来说，这种需要长时间挂起的标记清扫法是不可接受的。所以就需要一个算法来解决 GC 运行时程序长时间挂起的问题。
- STW, 会让程序变慢
- 标机过程需要将全部的堆栈进行一遍扫描来确定是不是可达对象
- 删除的过程中, 会产生heap碎片
三、引用计数
3.1 核心思想
每个单元维护一个域，保存其它单元指向它的引用数量（类似有向图的入度）。当引用数量为0时，将其回收。引用计数是 渐进式 的，能够将内存管理的开销分布到整个程序之中。C++ 的 share_ptr 使用的就是引用计算方法。
3.2 优点
渐进式。 内存管理与用户程序的执行交织在一起，将 GC 的代价分散到整个程序。不像标记-清扫算法需要 STW (Stop The World，GC 的时候挂起用户程序)。
算法易于实现。
内存单元能够很快被回收。 相比于其他垃圾回收算法，堆被耗尽或者达到某个阈值才会进行垃圾回收。
3.3 缺点
原始的引用计数不能处理循环引用。 大概这是被诟病最多的缺点了。不过针对这个问题，也除了很多解决方案，比如强引用等。
维护引用计数降低运行效率。 内存单元的更新删除等都需要维护相关的内存单元的引用计数，相比于一些追踪式的垃圾回收算法并不需要这些代价。
单元池 free list 实现的话不是 cache-friendly 的，这样会导致频繁的 cache miss，降低程序运行效率。
四、引用参考：
该文章部分内容来自于以下课程或网页：
字节内部课：Go 语言性能优化及自动内存管理
