这是我参与「第五届青训营 」笔记创作活动的第6天
一：性能优化
1. 性能优化简介
（1）什么是性能优化
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
（2）为什么要性能优化
用户体验： 带来用户体验的提升——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
2. 性能优化的层面
（1）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
（2）语言运行时优化
- 解决更通用的性能问题
- 考虑更多场景
- Tradeoffs
（3）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
3. 性能优化与软件质量
- 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
二：自动内存管理
1. 自动内存管理简介
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动态内存
- 程序在运行时根据需求动态分配的内存:malloc()
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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
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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
2. 自动内存管理概念
- 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
- 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
- Collectors必须感知对象指向关系的改变!
3. 自动内存管理方式
（1）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- 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
（2）追踪垃圾回收(Tracing garbage collection)
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对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象
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标记根对象
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静态变量、全局变量、常量、线程栈等
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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
- 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
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清理：所有不可达对象
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将存活对象复制到另外的内存空间(Copying GC)
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将死亡对象的内存标记为“可分配”(Mark-sweep GC)
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移动并整理存活对象(Mark-compact GC)
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根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略
- 举例：分代GC（Generational GC）
- 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:针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
- 举例：分代GC（Generational GC）
（3）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可以解决
- 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
