garbage-collection - 垃圾收集需要多少额外内存？

Question

我曾经听说过，一种语言要正确实现和运行垃圾收集，平均需要多出 3 倍的内存。我不确定这是假设应用程序是小、大还是两者之一。

所以我想知道是否有任何研究或垃圾收集开销的实际数量。另外我想说 GC 是一个非常好的功能。

Answer 1

您需要的内存空间量取决于程序中的分配率。如果您的分配率很高，则在 GC 工作时您需要更多的增长空间。

另一个因素是对象生命周期。如果您的对象的生命周期通常很短，那么您可以使用分代收集器以稍少的空间进行管理。

有很多研究论文可能会让您感兴趣。我稍后会编辑以引用一些。

编辑(2011 年 1 月):

我在想一篇我现在似乎找不到的特定论文。下面的内容很有趣，包含一些相关的性能数据。根据经验，您通常可以使用大约两倍于您的程序驻留内存的可用内存。有些程序需要更多，但其他程序即使在受限环境中也能很好地执行。影响这一点的变量有很多，但分配率是最重要的一个。

Immix: a mark-region garbage collector with space efficiency, fast collection, and mutator performance

Myths and realities: the performance impact of garbage collection

编辑(2013 年 2 月):此编辑对引用的论文增加了平衡的观点，并解决了 Tim Cooper 提出的反对意见。

Quantifying the Performance of Garbage Collection vs. Explicit Memory Management ，正如 Natan Yellin 所指出的，实际上是我在 2011 年 1 月第一次试图记住的引用。但是，我认为 Natan 提供的解释是不正确的。该研究并未将 GC 与传统的手动内存管理进行比较。相反，它将 GC 与执行完美显式发布的 oracle 进行比较。换句话说，它让我们不知道传统的手动内存管理与魔法预言机相比有多好。也很难发现这一点，因为源程序要么考虑了 GC，要么考虑了手动内存管理。因此，任何基准都会保留固有的偏见。

根据 Tim Cooper 的反对意见，我想澄清我对内存余量主题的立场。我这样做主要是为了后代，因为我相信 Stack Overflow 的答案应该作为许多人的长期资源。

一个典型的 GC 系统中有很多内存区域，但是三种抽象类型是:

分配的空间(包含事件的、死的和未追踪的对象)

保留空间(从中分配新对象)

工作区(长期和短期GC数据结构)

什么是净空？净空是保持所需性能水平所需的最小保留空间量。我相信这就是 OP 的要求。您还可以将净空视为良好性能所必需的实际程序驻留(最大实时内存)之外的额外内存。

是的——增加净空会延迟垃圾收集并增加吞吐量。这对于离线非关键操作很重要。

实际上，大多数问题域都需要实时解决方案。有两种实时，它们是非常不同的:

硬实时关注最坏情况的延迟(对于关键任务系统)——分配器的延迟响应是一个错误。

软实时关注平均延迟或中值延迟——分配器的延迟响应是可以的，但不应该经常发生。

大多数最先进的垃圾收集器旨在实现软实时，这对桌面应用程序以及按需提供服务的服务器都有好处。如果将实时性作为一项要求排除在外，那么还不如使用 stop-the-world 垃圾收集器，在这种情况下，净空开始失去意义。 (注意:主要是短期对象和高分配率的应用程序可能是一个异常(exception)，因为存活率很低。)

现在假设我们正在编写一个具有软实时要求的应用程序。为简单起见，让我们假设 GC 在专用处理器上并发运行。假设该程序具有以下人工属性:

平均驻留:1000 KB

预留空间:100 KB

GC 周期持续时间:1000 毫秒

和:

分配率 A:100 KB/s

分配率 B:200 KB/s

现在我们可能会看到以下分配率为 A 的事件时间线:

T+0000 ms:GC 周期开始，100 KB 可用于分配，1000 KB 已分配

T+1000 毫秒:

保留空间中有 0 KB 可用空间，已分配 1100 KB

GC 周期结束，释放 100 KB

预留 100 KB 空闲空间，已分配 1000 KB

T+2000 ms:同上

分配率 B 的事件时间线不同:

T+0000 ms:GC 周期开始，100 KB 可用于分配，1000 KB 已分配

T+0500 毫秒:

保留空间中有 0 KB 可用空间，已分配 1100 KB

任何一个

延迟到 GC 周期结束(不好，但有时是强制性的)，或

将保留大小增加到 200 KB，有 100 KB 空闲(此处假设)

T+1000 毫秒:

保留空间中有 0 KB 可用空间，已分配 1200 KB

GC 周期结束，释放 200 KB

200 KB 空闲保留，1000 KB 已分配

T+2000 毫秒:

保留空间中有 0 KB 可用空间，已分配 1200 KB

GC 周期结束，释放 200 KB

200 KB 空闲保留，1000 KB 已分配

请注意分配率如何直接影响所需的净空大小？对于分配率 B，我们需要两倍的空间来防止暂停并保持相同的性能水平。

这是一个非常简化的示例，旨在仅说明一个想法。 还有很多其他因素，但它确实表明了意图。请记住我提到的另一个主要因素:平均对象生命周期。短生命周期导致低存活率，它与分配率一起影响维持给定性能水平所需的内存量。

简而言之，如果不了解和理解应用程序的特性，就不能对所需的净空做出一般性声明。