什么时候垃圾收集比手动内存管理更快？

Question

在什么情况下垃圾收集比手动内存管理更有效？ （这里的手册可能意味着在C中使用malloc和free，或者使用C ++推广的更清晰的RAII和智能指针技术）

我喜欢垃圾收集如何从编写软件中消除一些偶然的复杂性，但我更加高兴的是RAII和智能指针如何消除这种复杂性，同时还可以处理除内存以外的资源，确定性，并提供性能保证和整体效率更高。所以我想我可以安全地忽略垃圾收集。但是，我注意到人们一直在说垃圾收集比C ++中使用的紧密资源管理更快，例如当有大量额外内存可用时。

那么什么时候垃圾收集完全可以胜过手动内存管理？我喜欢RAII和智能指针，但如果速度更快，很乐意接受垃圾收集作为另一种工具。

Answer 1

从不，我可以证明这一点。

首先，让我们假设我们在任何一种情况下都使用最好的算法。使用次优算法可以证明什么。

其次，让我们假设最好的GC算法使用时间T0...Tn来决定是否应该在某个时刻释放内存分配i。总数为Σ(Ti)

现在，存在使用相同GC算法的等效手动内存管理算法，但仅考虑已手动标记为已释放的内存块。因此，运行时间为Σ(δiTi)（当块i未被释放时δi= 0，当它被释放时为= 1）。

显然，Σ(δiTi) ≤ Σ(Ti)：有一种手动算法，严格来说不比GC算法差。

这与其他答案形成鲜明对比？

• “使用RAII，您必须在每次分配时解除分配。” - 不，这是一个错误的假设。我们应该比较批量或非批量操作。如果你在每次超出范围时也进行GC运行，GC会更糟糕。
• “改进的地方性” - 好吧，除非你忽略了非GC语言可以更频繁地使用堆栈的事实，并且该堆栈具有极佳的引用位置。
• “漏洞率低” - 这完全正确，但我们正在讨论运行时性能。 （顺便说一句：很好地指出它很低但非零赔率）。

Answer 2

GC的优势：

• 一个GC只是通过递增指针来分配，堆分配器必须采取反措施来避免堆碎片
• GC改善了cpu缓存局部性，这对现代处理器来说很重要
• GC不需要额外的代码来释放内存，泄漏的可能性很小
• 一代GG可以同时收集垃圾，使内存管理在多核CPU上接近免费。

GC缺点：

• 难以在将指针视为头等类型的语言中提高效率
• 由于收集延迟而使用更多虚拟内存空间
• 内存以外的操作系统资源的泄漏抽象
在收集垃圾的情况下，
• 在某些情况下会导致程序操作暂停。

对于perf来说，这是一个灌篮，GC不费力地轻松击败堆分配器。 Rico Mariani和Raymond Chen之间的汉语词典编程比赛经常被引用，概述is here。雷蒙德的C ++程序最终赢了，但只是在重写了几次并放弃了标准的C ++库之后。

Answer 3

我知道有一个特殊的场景，当GC指针比传统的C ++（即不是C ++ / CLR，而不是C ++ / CLR）实现时，GC指针比智能指针（引用计数指针）要快得多。 Mark-Sweep之后的内存，我们正试图在这里尽可能多地比较苹果和苹果）假设GC使用相同的底层堆内存管理器。当你的对象分配时间明显超过对象创建时间时。

示例包括排序，数组反转等。

请参阅此处查看more info on my test with a GC framework I implemented using traditional C++ vs引用计数指针。阵列反转测试的结果是GcString比ref count String快16.5倍。

这可能归因于引用计数指针中缓慢的总线锁定语义（除非您的目标是纯单线程应用程序，因此线程安全需要锁定）。根据我在传统C ++中实现高性能精确GC的经验，我可以说使用GC vs 'manual'（根据OP的手册定义）内存管理（即ie）有更多机会进行优化智能指针）。