Лекция на тему Garbage Collection в языке Go

Введение

• Презентация от Нины Пакшиной на встрече клуба программистов.
• Статья на Хабре о сборщике мусора в Go.
• Тема: управление памятью и использование сборщика мусора (Garbage Collector, GC) в Go.

Основные понятия

Области памяти в Go

• Стек (Stack):
  • Управляется рантаймом Go, работает по принципу LIFO (Last In, First Out).
  • Используется для локальных переменных, аргументов функций и возвращаемых значений.
• Куча (Heap):
  • Область памяти для хранения динамических данных.
  • Требует управления с помощью сборщика мусора, иначе программа может использовать все доступные ресурсы.

Escape Analysis

• Инструмент для анализа кода, чтобы понять, какие данные попадут в стек, а какие в кучу.
• Пример выполнения программы с использованием флага -m для анализа распределения памяти.

Сборщик мусора в Go

Основные алгоритмы

• Mark and Sweep:
  • Маркировка (Marking): Проход по дереву объектов для пометки живых объектов.
  • Очистка (Sweeping): Удаление неиспользуемых объектов из кучи.
• Трехцветный алгоритм маркировки (пометка данных серыми, черными и белыми).
• Важно понимать баланс между ресурсами памяти и процессорным временем.

Stop the World

• Полное прекращение выполнения программы во время работы сборщика мусора.
• В современных реализациях Go остановка происходит только на этапах подготовки и завершения маркировки.

Управление сборщиком мусора

Переменные окружения и флаги

• GOGC: Переменная для управления частотой запуска сборщика мусора.
  • Значения в процентах (например, 100%, 1000%, 10% и т.д.).

Пример использования

• Пример запуска программы при различных значениях GOGC и анализ выгоды.
• Влияние GOGC на потребление памяти и процессорное время.

gOMEMLIMIT

• Переменная окружения для ограничения памяти, используемой программой.
• Обеспечение того, что программа не превысит установленный лимит памяти.
• Возможность управления памятью с помощью функций пакета runtime/debug.
• Пример использования gOMEMLIMIT для уменьшения вероятности ошибки Out-Of-Memory (OOM).

Ограничения и особенности

• Режим «Спираль смерти» (Spiral of Death): чрезмерное использование процессорного времени для сборки мусора.
• Мягкое управление памятью: ограничение использования процессорного времени до 50%.

Оптимизация использования памяти

sync.Pool

• Пул объектов для повторного использования временных объектов.
• Пример использования sync.Pool для экономии времени на аллокацию памяти.
• Особенности:
  • Повторное использование объектов определенного типа.
  • Потокобезопасность.

Arena

• Экспериментальный инструмент начиная с версии Go 1.20.
• Создание сегментов памяти с ручным управлением.
• Использование для крупных объектов.
• Преимущества и ограничения:
  • Объекты разного типа, ручное освобождение памяти через Free.
  • Не потокобезопасный (в рамках одной рутины).
  • Использование в Google для экономии процессорного времени до 15% на больших данных.

Заключение

• Оптимизация программы по времени исполнения и потреблению памяти — важный процесс.
• Инструменты для управления сборщиком мусора (GOGC, gOMEMLIMIT) и другие техники (sync.Pool, Arena).
• Важно иметь базовое понимание работы GC для оптимизации кода и избежания ошибок OOM.