这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 6 天
性能优化是什么?
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
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
总结
- 性能优化的基本问题
- 性能优化的两个层面
- 性能优化的可维护性
自动内存管理
- 动态内存
- 程序在运行时根据需求动态分配的内存: maloc()
- 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
- 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
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
评价 GC 算法
- 安全性 (Safety): 不能回收存活的对象 基本要求
- GC 时间吞吐率(Throughput): 1 花在 GC 上的时间程序执行总时间
- 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
- 追踪垃圾回收 (Tracing garbage collection
- 引用计数 (Reference counting)
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
- 清理: 所有不可达对象
- 根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略
分代假说(Generational hypothesis): most objects die young
- Intuition: 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(Young generation)
- 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(Old generation)
- 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大可以采用 mark-sweep collection
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 (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
总结
- 自动内存管理的背景和意义
- 概念和评价方法追
- 踪垃圾回收
- 引用计数
- 分代 GC
- 学术界和工业界在一直在致力于解决自动内存管理技术的不足之处
- PLDI'22 Low-Latency, High-Throughput Garbage Collection
