自动内存分配及性能优化 | 青训营笔记

给阿姨杯卡布奇洛
121 阅读4分钟

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 5 天

软件工程上的性能优化知识

性能优化的层面：业务代码 -> SDK -> 基础库 -> 语言运行时(runtime) -> OS

  • 业务层优化：针对特定场景，具体问题具体分析，容易获得比较大的性能收益；

  • 语言运行时的优化：考虑更多的场景，解决更通用的性能问题（比如内存分配问题）。

用数据来驱动优化，采用pprof等自动化性能分析工具来进行优化。

软件质量至关重要，在保证接口稳定的情况下如何实现性能优化：

image.png

  • 测试用例：覆盖尽可能多的场景，用测试驱动开发；
  • 文档：做了什么，没做什么，能达到怎样的效果；
  • 隔离：保持行为的一致性，通过选项控制是否开启优化；
  • 日志：必要的日志输出达到功能的可观测性；

自动内存管理

自动内存管理都是针对动态内存，即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管理动态内存，避免程序员的手动内存管理，保证内存使用的正确性和安全性。

自动内存管理的三个任务：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。

1 Garbage collector （GC）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

Garbage collector （GC）算法

  • Serial GC：只有一个collector回收的GC算法；
  • Parallel GC：支持多个collectors同时回收的GC算法，性能比Serial GC更高；
  • Concurrent GC：mutator(s) 和 collector(s) 可以同时执行的GC算法，Collectors必须感知对象指向关系的改变；

评价GC算法的标准

  • 安全性：不能回收存活的对象
  • 吞吐率：花在GC上的时间（越短越好）
  • 暂停时间：业务是否感知（越短越好）
  • 内存开销：GC元数据开销（越小越好）

2 追踪垃圾回收

当一个指针指向的对象关系不可达时，该对象就可以被回收；

追踪垃圾回收一共三个步骤：标记根对象、找到可达对象（标记）、清理不可达对象

  • 标记根对象：如静态变量、全局变量、常量、线程栈等 image.png

  • 找到可达对象：求指针指向关系的闭包

    image.png

  • 清理不可达对象：将存活对象复制到另外的内存空间，然后将死亡对象的内存标记为可分配，最后移动并且整理存活对象。

    image.png

3 分代GC (Generational GC)

分代假说：很多对象在分配出来后就会很快回收，每个对象根据GC次数设置一个“年龄”（例如一个对象经历两次GC后依然存活，则该对象“年龄”为2）

分代GC目的：对年轻的对象和老年的对象制定不同的GC策略，从而降低内存管理的开销，不同的年龄对象处于heap的不同区域。

  • 年轻代（Young Generation）：常规的对象分配，GC吞吐率高，可以采用Copying collection，如下图所示

    image.png

  • 老年代（Old Generation）：对象趋于一直存活，反复复制的话开销较大，可以采用make-sweep collection，如下图所示

    image.png

4 引用计数

每个对象都有一个与之相关联的引用数目，当且仅当一个对象的引用数大于0时，该对象存活。

举个例子：当第一个指针p指向某个内存空间（对象）O时，该对象计数为1，当第二个指针q也指向同一对象O时，该对象计数变成2，最后指针p和指针q都指向null时，该对象O计数变成0，这时对象O就可以被回收。

引用计数的优点：

  • 内存管理操作被平摊到了程序执行过程中；
  • 内存管理不需要了解runtime的实现细节，例如C++的只能指针。

引用计数的缺点：

  • 维护引用计数的开销大，通过原子操作保证引用计数操作的原子性和可见性；
  • 无法回收环形数据结构（可以参考 weak reference）；
  • 每个对象都会引入额外的内存空间存储引用数目；
  • 回收大数据结构的内存时依然可能引发暂停。
avatar
文章
阅读
粉丝