yidabu 2007-4-26 16:06
24 D语言 垃圾收集 Garbage Collection
24 D语言 垃圾收集 Garbage Collection知识若不分享 实在没有意义 http://www.d-programming-language-china.org 20070425点击下面网址查看原文:http://www.d-programming-language-china.org by: uFramer D语言论坛 http://www.d-programming-language-china.org from: http://www.digitalmars.com/d/garbage.html version: 基于D 1.013 (Apr 19, 2007) D 是一种全面采用垃圾收集的语言。这意味着它从来不用释放内存。只需要按需分配，然后由垃圾收集程序周期性的将所有未使用的内存返回给可用内存池。 C 和 C++ 程序员习惯于显式的管理内存分配和释放，很可能会怀疑垃圾收集的好处和功效。对一开始就采用垃圾收集设计的新项目和用垃圾收集改良的现有项目的经验表明： 1 采用垃圾收集的程序更快。这有些违反直觉，但是其原理有： 引用计数是解决显式内存分配问题的常用解决方案。实现赋值时递增和递减操作的代码通常是程序缓慢的原因之一。将其隐藏在智能指针类之后并不能提高速度。 （无论如何，引用计数也不是全面的解决方案，因为循环引用从不会被删除。） 析构函数用来释放对象获得的资源。对于大多数类来说，这个资源就是内存。采用垃圾收集，大多数析构函数都可以完全抛弃。 当对象在堆栈上分配时，那些负责释放内存的析构函数就变得十分重要。对于这些函数来说，必须确立一种机制以使异常发生时，每一个函数帧中的析构函数都会被调用以释放对象持有的内存。如果析构函数变得不相关，就没有设置特殊的堆栈帧用于处理异常，这样运行也会更快。 内存管理代码总量会变少。程序越大，它在cache中的部分的越少；它的调页越多，它运行的越慢。 垃圾收集只会在内存变得紧张时才会运行。当内存尚且宽裕时，程序将全速运行，不会在释放内存上花费任何时间。 相对于过去的缓慢的垃圾收集程序，现代的垃圾收集程序要先进得多。分代，复制收集程序在很大程度上克服了早期的标记&清除算法的低效。 现代垃圾收集程序进行堆紧缩。堆紧缩将减少程序引用的页的数量，这意味着内存访问命中率将更高，交换将更少。 采用垃圾收集的程序不会因为内存泄漏的累积而崩溃。 2 垃圾收集程序回收不被使用的内存 因此不会有“内存泄露”问题。内存泄露会使长期运行的应用程序逐渐耗尽内存直至使系统崩溃。采用 GC 的程序拥有更长期的稳定性。 3 采用垃圾收集的程序 有更少的难以发现的指针bug 这是因为没有指向已经释放的内存的悬挂指针。因为没有显式的内存管理代码，也就不可能有相应的bug。 4 采用垃圾收集的程序的开发和调试更快 因为不用开发、调试、测试或维护显式的释放代码。( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) 5 采用垃圾收集的程序会明显更小 因为没用用于管理内存释放的代码，也不需要处理内存释放异常的代码。 垃圾收集并不是万金油。它有以下缺点： 内存收集何时运行是不可预测的，所以程序可能在任何位置暂停。 运行内存收集的时间是没有上界的。尽管在实践中它的运行通常很快，但无法保证这一点。 除了收集程序以外的所有线程在回收进行时都会停止运行。 垃圾收集程序也许会留下一些本该回收的内存。在实践中，这不是什么大问题，因为显式内存回收程序通常会泄露一些内存，这致使它们最终耗尽所有内存，另一个理由就是显式内存回收程序通常会把内存放回自己的内部内存池中而不是把内存交还给操作系统。 垃圾收集应该被实现为一个基本的操作系统内核服务。但是因为现实并非如此，就造成了采用垃圾收集的程序被迫带着它们的垃圾收集实现到处跑。尽管这个实现可以被做成一个共享 DLL ，它也还是程序的一部分。 这些限制可以通过采用 内存管理 中介绍的技术来缓解。 http://www.digitalmars.com/d/memory.html垃圾收集如何工作 Looking for all the pointer 'roots' into GC allocated memory. Recursively scanning all allocated memory pointed to by roots looking for more pointers into GC allocated memory. Freeing all GC allocated memory that has no active pointers to it. Possibly compacting the remaining used memory by copying the allocated objects (called a copying collector).Interfacing Garbage Collected Objects With Foreign Code外部代码同垃圾收集对象的协作 垃圾收集程序在以下地方寻找根：( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) 静态数据段 每个线程的堆栈和寄存器 std.gc.addRoot() or std.gc.addRange() 添加的根 如果对象唯一的根不在它们中，收集程序将会释放它占有的内存。 如果要避免这种行为： 需要为对象维护一个根，该根要位于收集程序扫描的区域之内 用std.gc.addRoot() 或std.gc.addRange()为对象添加根 使用外部代码的存储分配程序重新分配并复制一个对象或者使用 C 运行时库的 malloc/freePointers and the Garbage Collector指针和垃圾收集程序 D 中的指针可以被粗略地分为两类：指向垃圾收集内存的指针和其他的指针。后者如由 C 的 malloc() 得到的指针，从 C 库中得到的指针，指向静态数据的指针，指向堆栈上对象的指针，等等。对于这些指针，所有 C 中的合法指针的操作都可以应用于其上。 但是，对于垃圾收集指针和引用，对指针的操作就有一些限制了。这些限制是不会造成太大的缺陷，但却会使垃圾收集程序的设计灵活许多。 1 Undefined behavior: 不要将指针同其他的值进行异或，如同在 C 中在链表中用异或保存指针那种小技巧。 不要使用异或技巧交换两个指针的值。 使用类型转换和其他的小技巧将指针存储在非指针变量内。( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) [Copy to clipboard] [ - ]CODE: void* p; ... int x = cast(int)p; // 错误：行为未定义 垃圾收集程序构建根集时不会扫描非指针类型。 不要利用特定的指针对齐的特点在低位或者高位存储 flag ： [Copy to clipboard] [ - ]CODE: p = cast(void*)(cast(int)p | 1); // 错误：行为未定义 不要将可能指向垃圾收集堆的值转换为指针：( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) [Copy to clipboard] [ - ]CODE: p = cast(void*)12345678; // 错误：行为未定义 采用复制技术的垃圾收集器可能改变这个值。 不要将不同于 null 的“魔数”存入指针。( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) 不要将指针值写入到磁盘然后再从磁盘读入到内存。 不要使用指针值计算散列值。采用复制技术的垃圾收集程序可能会任意地在内存中移动对象，这会使散列值失效。 不要依赖指针的顺序： [Copy to clipboard] [ - ]CODE: if (p1 < p2) // 错误：行为未定义 ... 因此，再一次提醒，垃圾收集程序可能会在内存中移动对象。 不要给指针加上或者减去一个偏移量,结果指向垃圾收集程序原来为对象分配的范围之外。( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) [Copy to clipboard] [ - ]CODE: char* p = new char[10]; char* q = p + 6; // ok q = p + 11; // 错误：行为未定义 q = p - 1; // 错误：行为未定义 Do not misalign pointers if those pointers may point into the gc heap, such as: [Copy to clipboard] [ - ]CODE: align (1) struct Foo { byte b; char* p; // misaligned pointer } Misaligned pointers may be used if the underlying hardware supports them and the pointer is never used to point into the gc heap. Do not use byte-by-byte memory copies to copy pointer values. This may result in intermediate conditions where there is not a valid pointer, and if the gc pauses the thread in such a condition, it can corrupt memory. Most implementations of memcpy() will work since the internal implementation of it does the copy in aligned chunks greater than or equal to a pointer size, but since this kind of implementation is not guaranteed by the C standard, use memcpy() only with extreme caution. 可以依赖的行为： 使用联合共享指针的存储空间： [Copy to clipboard] [ - ]CODE: union U { void* ptr; int value } 如果存在指向垃圾收集对象对象内部的指针，就不必维护指向对象开始处的指针。( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) [Copy to clipboard] [ - ]CODE: char[] p = new char[10]; char[] q = p[3..6]; // q 完全可以用来指向整个对象，不需要同时保留 p 。 程序员可以不用指针完成大部分任务。D 提供的各种特征使得人们在绝大多数情况下都不需要显式地使用指针，这些特征包括： 引用对象、动态数组和垃圾收集。提供指针的目的是成功地同 C API 衔接并完成一些低级的工作。Working with the Garbage Collector与垃圾收集程序协作 垃圾收集程序并不能解决所有的内存释放问题。例如，如果保留了一个指向一大块数据的指针，那么就算它再也用不到了，垃圾收集程序也无法回收这块空间。为了解决这个问题，一个不错的实践是在不再使用一个对象时将指向它的引用或指针设为 null 。 这个建议只适用于静态引用或者嵌入到其他对象内的引用。它对于那些存储在堆栈上的引用没什么意义，因为收集程序并不扫描栈顶之上的部分，并且新的堆栈帧总会被初始化。References Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Garbage_collection_%28computer_science%29 GC FAQ http://www.iecc.com/gclist/GC-faq.html Uniprocessor Garbage Collector Techniques ftp://ftp.cs.utexas.edu/pub/garbage/gcsurvey.ps( 本文出处: http://www.d-programming-language-china.org ) Garbage Collection : Algorithms for Automatic Dynamic Memory Management http://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/0471941484/classicempire( lastupdate:20070426 最新文章请访问http://www.d-programming-language-china.org )关于一大步成功社区:yidabu提倡在交流中学习，在分享中提高收集感兴趣的知识，写下心得，通过网络与别人一起分享理解一点就实践一步，收获什么就分享什么，成功就是这样一点点一步步累积起来的网络只是一个工具，只有自己身心提高才是实实在在的。d-programming-language-china.org为大家提供一个学习交流各种知识的平台