垃圾回收的方法| 青训营笔记

文章探讨了垃圾回收在动态内存管理中的作用,包括自动内存管理以避免手动管理的错误和安全问题。讨论了多种GC算法,如Serial,Parallel,ConcurrentGC,强调了安全性、吞吐率和暂停时间等因素。分代GC基于大多数对象生命周期短暂的假设,对年轻代和老年代采取不同策略。引用计数是一种替代方法,但有其维护成本和循环引用的问题。

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垃圾回收和性能 优化

性能优化的层面

屏幕截图 2023-01-19 210519.png 性能优化和软件质量

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自动垃圾回收

  • 动态内存
    • 程序在运行时根据需求动态分配的内存:
  • 自动内存管理(垃圾回收):由程序语言的运行时系统回收动态内存
    • 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-freeproblem,use-after-freeproblem
  • 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
  • SeriaI 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
    • collector必须感知对象指向关系的变化

屏幕截图 2023-01-19 213848.png

  • 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/花在GC上的时间)* 程序执行总时间

    • 暂停时间(Pausetime):st0Ptheworld(STW)业务是否感知
    • 内存开销(Spaceoverhead)GC元数据开销
  • 追踪垃圾回收(Tracing garbage collection)
  • 引用计数(Referencecounting)

    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、全局变虽、常量、线程栈等
  • 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
  • 清理:所有不可达对象
    • 将存活对象复制到另外的内存空间(CopyingGC)
    • 将死亡对象的内存标记“可分配“(Mark-sweepGC)
    • 移动并整理存活对象(Mark-compactGC)
  • 根据对象的生命周期,使用不同的标记和清理策略

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分代GC(Generational GC)

  • 分代假说(Generationalhypothesis):mostobjectsdieyoung
  • lntuition: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(Younggeneration)
    • 常规的对須分配
    • 由于存活对象很少,可以采用copyingcollection
    • GC吞吐率很高
    • 老年代(Oldgeneration)
    • 对象趋向于一直活着,反复复制开销较大
    • 可以采用mark-sweepcollection

屏幕截图 2023-01-19 215715.png

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(smartpointer)

  • 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_weakreference
    • 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

屏幕截图 2023-01-19 221246.png

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