go语言内存管理详解1 | 青训营笔记

性能优化的基本问题

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的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

• 软件质量至关重要
• 在保证接口稳定的前提下改进具体方案
• 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,能达到怎么样的效果
• 隔离:通过选项控制是否开启优化
• 可观测:必要的日志输出

01. 自动内存管理

1.1自动内存管理基本概念

0. 动态内存

   • 程序在运行时根据需求动态分配内存:malloc()

1. 自动内存管理(垃圾回收):由程序语言的运行时系统来管理动态内存

   • 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:如duble-free problem,use-after-free problem两种问题

2. 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

3. 其他相关概念

• 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!

  Concurrent GC的挑战

5. ##### 评价GC算法

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-   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

1.2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

1.标记根对象

• 静态变量、全局变量、常量，线程栈

2.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

3.清理：所有不可达对象

• 将存活的对象复制到另外的内空间（Copying GC）

• 将死亡对象的内存标记为“可分配”（Mark-sweep GC）

• 移动并整理存活对象（Mark-compact GC）

根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

1.3 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：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

1.4 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：

  0. 内存管理的操作被平摊到程序执行过程中
  1. 内存管理不需要了解runtime的实现细节：C++智能指针（smart pointer）

• 缺点：

  0. 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
  1. 无法回收环形数据结构：weak reference
  2. 内存开销：每个对象都引入的额外内存空间存储引用数目
  3. 回收内存时依然可能引发暂停

1.5 总结