这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 5 天

性能优化

定义

提升软件系统处理能力，减少不必要的消耗，充分发掘计算机算力

意义

用户体验: 带来用户体验的提升一让刷抖音更丝滑，让双十一购物不再卡顿
资源高效利用: 降低成本，提高效率―很小的优化乘以海量机器会是显著的性能提升和成本节约

层面

业务层优化
- 针对特定场景，具体问题，具体分析
- 容易获得较大性能收益
语言运行时优化
- 解决更通用的性能问题
- 考虑更多场景
- Tradeoffs
数据驱动
- 自动化性能分析工具——pprof
- 依靠数据而非猜测
- 首先优化最大瓶颈

软件质量如何配合性能优化

软件质量至关重要
在保证接口稳定的前提下改进具体实现
测试用例: 覆盖尽可能多的场景，方便回归
文档: 做了什么，没做什么，能达到怎样的效果
隔离: 通过选项控制是否开启优化
可观测: 必要的日志输出

自动内存管理

动态内存和垃圾回收

动态内存：程序在运行时根据需求动态分配的内存: malloc ( )
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-free problem, use-after-free problem
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

GC 算法

追踪垃圾回收 (Tracing garbage collection)
- 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、全局变量、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 (Copying GC)
  - 将死亡对象的内存标记为“可分配“(Mark-sweep GC)：使用 free list 管理
  - 移动并整理存活对象 (Mark-compact GC)：原地整理对象
引用计数 (Reference counting)
- 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 (smart pointer)
- 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——weak reference
  - 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
分代 GC（Generational GC）
- 分代假说
  - 很多对象在分配出来后很快就不再使用了
  - 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
  - 常规的对象分配
  - 由于存活对象很少，可以采用 copying collection
  - GC 吞吐率很高
- 老年代
  - 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大
  - 可以采用 mark-sweep collection

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): $1-\frac{GC\ 时间}{程序执行总时间}$ 花在 GC 上的时间
暂停时间 (Pause time): stop the world (STW) 业务是否感知
内存开销 (Space overhead) GC 元数据开销

性能优化和自动内存管理 | 青训营笔记

性能优化

定义

意义

层面

软件质量如何配合性能优化

自动内存管理

相关概念

动态内存和垃圾回收

GC 算法

评价 GC 算法