银色月光下

对象生命周期是个很大的课题 ，本文仅是♂科普贴，介绍了对象生命周期管理的概念，原理，方法，并给出相关链接。

对象

在程序事务中，涉及使用各种资源(内存，IO句柄，GDI等)，在面向对象方法学里，我们将资源包装成对象，对象的 构造/销毁，对应资源的申请/释放。

生命周期

我们不能一直创建对象(资源泄露)，也不能在资源销毁后，继续访问(野指针效句柄)，我们需要在合适的时机释放合适的对象。

对象生命周期管理分三类，

• 手动管理
• 半自动管理 —— 编译器检查，通过库实现的智能指针等
• 全自动管理 —— GC

一些例子：

• C语言提供最基础的资源管理模型，

  • 内存分配释放，malloc, free，

  • 文件句柄分配释放

      File* f = openFile()   ...   closeFile(f) 

    习惯上，我们通过提供API，帮助用户在模块级别上进行管理

      module_hanler* h = module_init(...);   h.operator(...)   module_release(h) 

    手动管理麻烦，容易出错，调试复杂，但操作系统级别的开发，不可缺少。

• c++的对象语义提供了RAII

  • 通过构造函数，析构函数，能够完成作用域的自动化管理，

    //CFile.h class CFile{     File* fh = NULL; public:     CFile(char* path)     {         fh = openFile(path);         ...     }     ~CFile()     {         closeFile();     } }  //testFile.cpp void testFile() {     CFile f("xxx.txt");     f.print(); }//这里自动释放 

  • c# 提供了 Dispose接口 和 using关键字，离开作用域的对象立即回收

  RAII，一定程度上，减轻了程序员管理内存的负担，但它无法帮助解决，对象被引用，对象传递到作用域外的问题。

• (编译器自动管理)智能指针

  • 作用域 [[1]] [top]：c++/rust里的 {...}， 定义了对象作用域，c#的 using(...){...}, 定义了作用域

  • 裸指针：离开作用域，不会自动销毁，需要主动调用 delete obj_ptr;

  • 智能指针:

    通过编译器的魔法，我们创造出智能指针(smart_ptr)，既保留了作用域的安全性，也保留了指针灵活性 智能指针设计到以下的概念，

    • 所有权转移: 当发生指针赋值的情况，原指针失效，如果再次使用，引发编译时错误(rust)，运行时错误(c++) 对应c++的unique_ptr，和rust的Box<>

    • 引用计数 一个指针被多个对象引用，当所有对象都不再持有，对象自动销毁，引用计数有时被看作是一种即时回收的GC，

    • 弱引用 引用计数有一个问题，它解决不了在循环引用的情况，这样整个引用链里的所有对象都不能正确回收，弱引用，可以将循环链在合适的地方断掉。 另外需要留意的是，在完整GC的语言里，弱引用也是一种常用的内存管理技术[1]

      c++提供了, uniq_ptr, shart_ptr, weak_ptr, 对应以上的概念，但还面临线程安全问题

      rust 提供了更多的智能指针类型，和检查机制，能够处理包括，所有权转移后不可再用, 线程资源安全在内的问题

• 垃圾回收

  垃圾回收来自于这样的想法，程序员不应该关心对象如何回收，运行时自己去解决。

  原理： 已创建对象 - 环境栈上的对象 - 所有可到达对象 == 垃圾对象

  标记-清除 算法：

  1. 所有对象初始标记 不可回收
  2. 资源使用到达阈值-> 翻转不可回收标记为可回收标记，
  3. 栈对象加入可访问对象集，
  4. 个可访问对象的引用成员，加入可访问对象集，并标记不可回收，递归至所有可访问对象上色，
  5. 遍历全部对象，回收所有未染色对象

  实际的垃圾回收算法极其复杂，至今，没有一个完美的并发算法，使得在GC时，系统不暂停(stop the world)

• 其它

  • 对象池 对象池 省去对象反复创建，销毁的成本

  通常 对象需要提供，无参的 构造函数，init(...), reset()规范，对象池通过栈实现.

    template<typename OBJECT>   class object_pool   {       OBJECT* create_object(...)       {           auto object = pool.pop()           object.init(...)           ...       }              void release_object(OBJECT object)       {           object.reset()           pool.push(object)       }       ...   }        

  • 整页分配

    对于一次事务，分配足够内存(或是动态增长), 对象只创建，无需回收，事务完成，整页回收，这样的好处是分配极快，但需要清楚事务的边界，不可跨事务使用。