高质量编程与性能调优实战：性能优化及自动内存管理1 | 青训营

• 性能优化是什么：

  • 提升系统软件系统处理能力，减少不必要的消耗

• 为什么要做性能优化

  • 提高用户体验，使用软件更加丝滑
  • 资源高效利用：降低成本，提高效率

• 性能优化的层面

  • 业务层优化

    0. 针对特定场景，具体问题，具体分析
    1. 容易获得较大性能优化

  • 语言运行时的优化

    0. 解决通用的性能问题
    1. 考虑更多场景

  • 数据驱动

    0. 自动化性能分析工具--pprof
    1. 依靠数据而非猜测
    2. 首先优化最大瓶颈

• 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

自动内存管理：

• 动态内存：程序运行时根据需求分配出来的内存

• 自动内存管理（垃圾回收）：由程序语言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
  • 保存内存的正确性和安全性

• 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
  • Concurent GC：mutators和collectors可以同时执行，Collectors必须感知对象指向关系的变化，已标记的对象指向的对象必须被标记

• 评价GC算法（The GARBAGE COLLECTION HANDBOOK 书籍）

  • 安全性：不能回收存活的对象
  • 吞吐率，1 - （GC时间）/ （程序总的执行时间），花在GC上的时间
  • 暂停时间
  • 内存开销 GC元数据开销

• 常见的GC技术

  • 追踪垃圾回收

    0. 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，线程栈等

    2. 标记：从根对象出发，找到可达对象

    3. 清理：所有不可达对象

       • 将存活对象复制到另外的内存空间 copy-collection
       • 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

    4. 根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

  • 引用计数

    • 每个对象都有一个与之关联的引用数目

    • 对象存活条件：当且仅当引用数大于0

    • 优点

      0. 内存管理的操纵平摊到程序执行过程中
      1. 不需要了解runtime的实现细节：c++智能指针

    • 缺点

      0. 维护引用的开销巨大，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 refrence
      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

• 分代GC

  • 分代假说

  • 很多对象在分配出来后很快就不再使用了

  • 每个对象都有一个年龄，经历GC的次数

  • 目的：对于年轻的和老年的对象，制定不同的GC策略，降低整体内存管理的开销

    • 年轻代

      0. 常规的对象分配
      1. 由于存活对象很少，可以采用copying collection
      2. GC吞吐率高

    • 老年代

      0. 对象趋于一直活着，反复复制开销很大
      1. 可以采用mark-sweep collection

  • 不同年龄的对象处于heap的不同区域