这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 4 天
今天的课程主要讲了性能优化
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——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
性能优化的层面
- 业务代码
- SDK
- 基础库
- 语言运行时
- OS
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
语言运行时优化
- 解决更通用的性能问题
- 考虑更多场景
- Tradeoffs
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
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
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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
相关概念
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Mutator：业务线程，分配新对象，修改对象指向关系
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Collector：GC 线程，找到存活对象，回收死亡对象的内存空间
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Serial GC：只有一个 collector
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Parallel GC：支持多个collectors同时回收的 GC 算法
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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！
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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）：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
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追踪垃圾回收（Tracing garbage collection）
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引用计数（Reference counting）
追踪垃圾回收
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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
- 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
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清理：所有不可达对象
- 将存活对象复制到另外的内存空间（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）
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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
分代 GC（Generational GC）
- 分代假说（Generational hypothesis）：most objects die young
- 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
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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
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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
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
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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）
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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
- 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