内存管理速成教程

我一直很佩服那些能将复杂原理讲得通俗易懂的人,Lin Clark 女神 就是其中一个,拜读完她新发布的系列文章“通俗漫画介绍 SharedArrayBuffers”之后,深深为之折服,文章不仅一如既往地通俗易懂,作者亲自画的图更是和文章相得益彰。看完萌生出了翻译该系列文章的想法,不过本人英文能力有限,如果觉得翻译地不好的还请看英文原版,英文版也是很容易理解的。

这是 3 篇文章中的第一篇:

原文链接:A crash course in memory management

内存管理速成教程

为了搞明白我们为什么把 SharedArrayBuffer 加入到 JavaScript,你首选需要搞懂一点关于内存管理方面的知识。

你可以把机器中的内存想象成一堆盒子,我觉得这个有点像你工作中的办公邮箱,或者学校学生的储物柜。

如果你想给学生们留一些东西,你可以把东西放到盒子里面。

在每个盒子旁边都有一个数字,这就是内存地址,这用来让你告诉别人留给他们的东西在哪个位置。

每个盒子都有相同的大小,能容纳一定量的信息。盒子的容量指定给了机器,这个容量就叫字长。字长一般是 32 位或者 64 位,但为了让它容易演示,我会使用 8 位的字长。

如果我们想要把数字 2 放到其中的一个盒子里,我们可以很容易地做到,因为数字很容易表现成二进制

如果我们想要放一个不是数字的东西呢?比如字母 H ?

我们需要一个方法将其展示成数字,为了做到这一点,我们需要编码格式,比如 UTF-8,然后我们需要一个东西将其转换成数字。比如一个编码环,这样我们就可以存储它了。

当我们想要从盒子中取出它时,我们需要一个解码器将其转换回字符 H 。

自动内存管理

当你使用 JavaScript 时,实际上你不需要过多考虑内存的事情,它是远离你的一个抽象概念,这意味着你不会直接和内存打交道。

JS 引擎作为一个中间人的角色来代替你打交道,它替你管理着内存。

让我们写一些 JS 代码,比如 React,需要创建一个变量。

JS 引擎做的事情就是运行通过编码器转换成二进制表示的值。

然后它找到可以存放二进制表示值的空间,这个过程叫做分配内存。

然后,引擎会跟踪这个变量是否仍然在程序中被引用,如果变量不在被使用,内存将被回收,这样 JS 引擎就可以存放新的值了。

观察内存中的变量(包括字符串,对象和其他类型的值),当它们不再有用的时候清除它们的过程,叫做垃圾回收。

像 JavaScript 这种不用直接处理内存的语言,叫做内存自动管理语言。

内存自动管理可以让开发人员开发程序更加简单,但也增加了程序的开销,这些开销有时候会让性能变得不可预测。

手动管理内存

手动管理内存的语言不一样。举个例子,让我们看一下如果用 C 语言来写 React 的话(现在可以使用 WebAssembly 做到这一点),将如何处理内存。

C 语言没有像 JavaScript 那样有一个抽象层来管理内存,相反,你可以直接操作内存,你可以从内存中加载数据,你也可以直接在内存中存储数据。

当你编译 C 或者其他语言成 WebAssembly 时,你使用的工具会添加一些辅助代码到你的 WebAssembly,例如添加编码和解码二进制字节的代码。这个代码叫做运行时环境。运行时代码会做一些像 JS 引擎在 JS 中做的事情。

但对于一个手动管理内存语言来说,运行期不包括垃圾回收。

这并不意味着你什么事情都要自己做,即使是在手动管理内存语言里,你也会常受到语言运行期的帮助,拿 C 语言来说,运行期会跟踪自由列表中打开的内存地址。

你可以使用malloc方法(内存分配)来让运行期找到哪些内存地址可以来存放你的数据,这将从自由列表中取出这些地址,当你处理完这些数据,你必须使用free方法来释放内存,然后这些地址将重新回到自由列表中。

你必须计算出什么时候来调用这些方法,这就是为什么我们叫它做手动内存管理了,你要自己来管理内存。

对于一个开发人员来说,计算出什么时候该释放哪个区域的内存是很难的,如果你的计算时间出错了,那么将可能引发缺陷甚至会导致一个安全漏洞,如果你不释放内存,那么内存终将会耗尽。

这就是为什么很多现代语言会使用自动内存管理,为了避免人为的错误,但这也带来了性能上的开销,我会在下一篇文章 讲更多这方面的内容。

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