Демонстрация сборки мусора быстрее, чем ручное управление памятью

Я читал во многих местах (черт, я даже написал так себе) , что сбор мусора может (теоретически) быстрее , чем ручное управление памятью.

Однако показать гораздо сложнее, чем рассказать.
Я никогда не видел ни одного куска кода, который демонстрирует этот эффект в действии.

Кто-нибудь есть (или знает, где я могу найти) код, который демонстрирует это преимущество в производительности?

См. Http://blogs.msdn.com/b/ricom/archive/2005/05/10/416151.aspx и перейдите по всем ссылкам, чтобы увидеть, как Рико Мариани против Раймонда Чена (оба очень компетентных программиста в Microsoft) сражаются друг с другом. , Раймонд улучшит неуправляемый, Рико ответит, оптимизировав то же самое в управляемых.

Практически без усилий по оптимизации управляемые версии начинались во много раз быстрее, чем руководство. В конечном итоге руководство превзошло управляемое, но только путем оптимизации до уровня, к которому большинство программистов не хотели бы идти. Во всех версиях использование памяти в руководстве было значительно лучше, чем в управляемой.

Правило большого пальца заключается в том, что бесплатных обедов не бывает.

GC снимает головную боль при ручном управлении памятью и снижает вероятность ошибок. В некоторых ситуациях определенная стратегия GC является оптимальным решением проблемы, и в этом случае вы не будете платить штраф за ее использование. Но есть и другие, где другие решения будут быстрее. Поскольку вы всегда можете смоделировать более высокие абстракции с более низкого уровня, но не наоборот, вы можете эффективно доказать, что в общем случае более высокие абстракции не могут быть быстрее, чем более низкие.

GC - это особый случай ручного управления памятью

Чтобы повысить производительность вручную, может потребоваться много работы или больше ошибок, но это уже другая история.

Легко построить искусственную ситуацию, когда GC бесконечно более эффективен, чем ручные методы - просто договориться, что для сборщика мусора есть только один «корень», и что все является мусором, поэтому шаг GC мгновенно завершается.

Если подумать, это модель, используемая при сборке мусора памяти, выделенной для процессов. Процесс умирает, вся его память - мусор, все готово. Даже в практическом плане процесс, который запускается, запускается и умирает, не оставляя следов, может быть более эффективным, чем процесс, который запускается и работает вечно.

Для практических программ, написанных на языках с сборкой мусора, преимуществом сборки мусора является не скорость, а правильность и простота.

Следует учитывать, что GC - это не просто стратегия управления памятью; он также предъявляет требования ко всему дизайну языка и среды выполнения, что влечет за собой затраты (и выгоды). Например, язык, который поддерживает GC, должен быть скомпилирован в форму, в которой указатели не могут быть скрыты от сборщика мусора, и, как правило, там, где они не могут быть построены, за исключением тщательно управляемых системных примитивов. Еще одним соображением является сложность поддержания гарантий времени отклика, поскольку GC налагает некоторые шаги, которые должны быть выполнены до завершения.

Следовательно, если у вас есть язык для сборки мусора, и вы сравниваете скорость с памятью, управляемой вручную, в той же системе, вам все равно придется платить дополнительные расходы на поддержку сбора мусора, даже если вы его не используете.

Быстрее сомнительна. Однако он может быть сверхбыстрым, незаметным или быстрым, если поддерживается аппаратное обеспечение. Подобные конструкции были для машин LISP давным-давно. Один встроил GC в подсистему памяти аппаратного обеспечения таким образом, чтобы основной процессор не знал, что он там находится. Как и во многих более поздних разработках, сборщик мусора работал одновременно с основным процессором, практически без необходимости делать паузы. Более современный дизайн - это машины Azul Systems Vega 3, которые выполняют Java-код намного быстрее, чем JVM, использующие специализированные процессоры и GC без пауз. Найдите их, если хотите знать, насколько быстрым может быть GC (или Java).

Я проделал довольно много работы над этим и описал некоторые из них здесь . Я тестировал Boehm GC на C ++, выделяя с помощью, mallocно не освобождая, выделяя и освобождая с помощью freeGC, созданного на заказ, написанного на C ++, и все по сравнению со стандартным GC OCaml, на котором работает решатель n-queens на основе списка. GC OCaml был быстрее во всех случаях. Программы на C ++ и OCaml были специально написаны для выполнения одинакового распределения в одном и том же порядке.

Конечно, вы можете переписать программы для решения проблемы, используя только 64-битные целые числа и без выделения. Хотя это было бы быстрее, это побило бы смысл упражнения (которое должно было предсказать производительность нового алгоритма GC, над которым я работал, используя прототип, построенный на C ++).

Я провел много лет в отрасли, портируя реальный код C ++ на управляемые языки. Почти в каждом отдельном случае я наблюдал существенные улучшения производительности, многие из которых, вероятно, были связаны с тем, что GC затормозил ручное управление памятью. Практическое ограничение заключается не в том, что может быть достигнуто в микробенчмарке, а в том, что может быть достигнуто до истечения крайнего срока, и языки на основе GC предлагают такие огромные улучшения производительности, что я никогда не оглядывался назад. Я все еще использую C и C ++ на встроенных устройствах (микроконтроллерах), но даже сейчас это меняется.

Такой пример обязательно имеет плохую схему распределения памяти вручную.

Предположим, лучший сборщик мусора GC. Внутри него есть методы для выделения памяти, определения того, какая память может быть освобождена, и методы для ее окончательного освобождения. Вместе они занимают меньше времени, чем все GC; некоторое время уходит на другие методы GC.

Теперь рассмотрим ручной распределитель, который использует тот же механизм выделения GC, и free()вызов которого просто выделяет память для освобождения тем же методом, что и GC. У него нет фазы сканирования и других методов. Это обязательно займет меньше времени.