04-内存管理及其分类

5.3　内存管理及其分类

计算机中的RAM是有限资源，并且由所有正在运行的程序共享。当进程完成其指令后，它必须释放所有使用的内存，以便操作系统可以回收内存，并将内存交给其他进程使用。当讨论内存管理时，我们关注的一个重点是已使用内存的回收及其工作原理。取消分配已使用内存所需的管理级别在不同语言中是不同的。直到20世纪90年代中期，大多数编程语言都依赖于手动内存管理，这需要程序员分别调用内存分配器API（例如malloc和free）代码来分配和释放内存。大约在1959年，Lisp的创建者John McCarthy发明了GC，这是一种自动内存管理机制，Lisp是第一种采用它的语言。作为运行程序的一部分，GC以守护线程的形式出现，并分析程序中不再引用内存的任何变量，然后在某个时间点在运行程序的同时自动释放它们。

但是，低级语言不附带GC，因为这会引入不确定性和运行时开销，GC线程在后台运行，在某些情况下会暂停程序的运行。

这种暂停有时会出现几毫秒的延迟。这可能违反了系统软件在时间和空间上的硬性约束。低级语言要求程序员可以手动控制内存管理。但是，像C++和Rust这样的语言通过类型系统抽象（如智能指针）使程序员能够减轻一些负担，与之有关的详情将会在本章后续内容中介绍。

基于语言之间的差异，我们可以将它们采用的内存管理策略大致分为3类。

• 手动型 ：C语言采用了这种内存管理机制，且完全由程序员负责，在程序代码使用完内存之后调用free函数来释放内存。C++在某种程度上使用智能指针自动执行此操作，其中free函数调用放在类的析构函数定义中。Rust也有智能指针，我们将在本章后续内容中进行介绍。
• 自动型 ：采用这种内存管理形式的语言包括一个额外的运行时线程，即GC，它作为守护线程与程序一起运行。诸如Python、Java、C#及Ruby等大部分基于虚拟机的动态语言都依赖自动化内存管理。自动化内存管理是使用这些语言编写代码很容易的原因之一。
• 半自动型 ：Swift等语言属于这一类别。它们没有作为运行时的一部分的内置专用GC，但提供了引用计数类型，这可以细粒度地实现自动化内存管理。Rust也提供了引用计数类型Rc和Arc。当我们在本章介绍智能指针时会提及它们。