性能优化及自动内存管理 | 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 7 天
本节内容
Go 语言优化：
- 内存管理优化
- 编译器优化
性能优化
- 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
- 为什么要做性能优化？
- 用户体验：带来用户体验的提升
- 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
- 性能优化的层面
- 性能优化与软件质量 我们进行开发的都是Go SDK，需要保证接口的稳定性，也就是版本和版本之间，需要的参数等基本是不需要改变的。
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：例如 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
- 保证内存使用的正确性和安全性，出现的问题例如：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
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
- Serial GC ： 只有一个collector
- Parallel GC ：支持多个collectors同时回收GC算法
- Concurrent GC ：mutator 和 collector 可以同时执行
- Collectors必须感知对象指向关系的改变（参考：8.2 写屏障技术 | Go 语言原本 (golang.design)）
- GC算法的评价
- 安全性：不能回收存活对象 （基本要求）
- 吞吐率
- 暂停时间
- 内存开销：GC元数据开销
- GC算法
- 追踪垃圾回收
- 引用计数
追踪垃圾回收
- 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（一定是存活的）
- 标记：找到可达对象
- 清理：所有不可达对象，也就是我们无法通过
清理策略 - Copying GC
*将对象复制到另外的内存空间
清理策略 - Mark-sweep GC
*使用 free list 管理空闲内存
就是将这些被标记的元素利用free list 链接起来，然后再进行新的内存分配的时候从这个链当中进行分配就可以了。
清理策略 - Compact GC
*原地整理对象
将存活的对象拷贝到内存开始的地方进行压缩，之后从后面开始分配就可以了
*我们需要根据对象不同的生命周期来使用不同的分配方式
分代GC
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当中
- 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
Go内存分配
分块
- 目标：为对象在heap上分配内存
- 提前将内存分块
- 调用系统调用mmap() 向OS申请一大块内存
- 先将内存划分成大块
- 再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配
- noscan mspan：分配不包含指针对象 -- GC不需要扫描
- scan mspan：分配包含指针的对象 -- GC需要扫描
- 对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回
