【转帖】stack与heap的不同之处

yogy

什么是常见的堆性能问题？     
   
  以下是您使用堆时会遇到的最常见问题：     
  分配操作造成的速度减慢。光分配就耗费很长时间。最可能导致运行速度减慢原因是空闲列表没有块，所以运行时分配程序代码会耗费周期寻找较大的空闲块，或从后端分配程序分配新块。     
   
  释放操作造成的速度减慢。释放操作耗费较多周期，主要是启用了收集操作。收集期间，每个释放操作“查找”它的相邻块，取出它们并构造成较大块，然后再把此较大块插入空闲列表。在查找期间，内存可能会随机碰到，从而导致高速缓存不能命中，性能降低。     
  堆竞争造成的速度减慢。当两个或多个线程同时访问数据，而且一个线程继续进行之前必须等待另一个线程完成时就发生竞争。竞争总是导致麻烦；这也是目前多处理器系统遇到的最大问题。当大量使用内存块的应用程序或   DLL   以多线程方式运行（或运行于多处理器系统上）时将导致速度减慢。单一锁定的使用—常用的解决方案—意味着使用堆的所有操作是序列化的。当等待锁定时序列化会引起线程切换上下文。可以想象交叉路口闪烁的红灯处走走停停导致的速度减慢。     
   
  竞争通常会导致线程和进程的上下文切换。上下文切换的开销是很大的，但开销更大的是数据从处理器高速缓存中丢失，以及后来线程复活时的数据重建。     
  堆破坏造成的速度减慢。造成堆破坏的原因是应用程序对堆块的不正确使用。通常情形包括释放已释放的堆块或使用已释放的堆块，以及块的越界重写等明显问题。     
   
  （破坏不在本文讨论范围之内。有关内存重写和泄漏等其他细节，请参见     
  Microsoft   Visual   C++(R)   调试文档   。）     
   
  频繁的分配和重分配造成的速度减慢。这是使用脚本语言时非常普遍的现象。如字符串被反复分配，随重分配增长和释放。不要这样做，如果可能，尽量分配大字符串和使用缓冲区。另一种方法就是尽量少用连接操作。     
   
  竞争是在分配和释放操作中导致速度减慢的问题。理想情况下，希望使用没有竞争和快速分配/释放的堆。可惜，现在还没有这样的通用堆，也许将来会有。     
   
  在所有的服务器系统中（如   IIS、MSProxy、DatabaseStacks、网络服务器、     
  Exchange   和其他）,   堆锁定实在是个大瓶颈。处理器数越多，竞争就越会恶化。     
   
  尽量减少堆的使用     
   
  现在您明白使用堆时存在的问题了，难道您不想拥有能解决这些问题的超级魔棒吗？我可希望有。但没有魔法能使堆运行加快—因此不要期望在产品出货之前的最后一星期能够大为改观。如果提前规划堆策略，情况将会大大好转。调整使用堆的方法，减少对堆的操作是提高性能的良方。     
  如何减少使用堆操作？通过利用数据结构内的位置可减少堆操作的次数。请考虑下列实例：     
  struct   ObjectA   {     
   
        //   objectA   的数据     
   
  }     
   
  struct   ObjectB   {     
   
        //   objectB   的数据     
   
  }     
   
  //   同时使用   objectA   和   objectB     
  //     
   
  //   使用指针     
  //     
  struct   ObjectB   {     
   
        struct   ObjectA   *   pObjA;     
   
        //   objectB   的数据     
   
  }     
   
  //     
  //   使用嵌入     
  //     
  struct   ObjectB   {     
        struct   ObjectA   pObjA;     
        //   objectB   的数据     
  }     
   
        
  //     
  //   集合   –   在另一对象内使用   objectA   和   objectB     
  //     
  struct   ObjectX   {     
        struct   ObjectA     objA;     
        struct   ObjectB     objB;     
  }     
   
        
  避免使用指针关联两个数据结构。如果使用指针关联两个数据结构，前面实例中的对象   A   和   B   将被分别分配和释放。这会增加额外开销—我们要避免这种做法。     
   
  把带指针的子对象嵌入父对象。当对象中有指针时，则意味着对象中有动态元素（百分之八十）和没有引用的新位置。嵌入增加了位置从而减少了进一步分配/释放的需求。这将提高应用程序的性能。     
  合并小对象形成大对象（聚合）。聚合减少分配和释放的块的数量。如果有几个开发者，各自开发设计的不同部分，则最终会有许多小对象需要合并。集成的挑战就是要找到正确的聚合边界。     
  内联缓冲区能够满足百分之八十的需要（aka   80-20   规则）。个别情况下，需要内存缓冲区来保存字符串/二进制数据，但事先不知道总字节数。估计并内联一个大小能满足百分之八十需要的缓冲区。对剩余的百分之二十，可以分配一个新的缓冲区和指向这个缓冲区的指针。这样，就减少分配和释放调用并增加数据的位置空间，从根本上提高代码的性能。     
  在块中分配对象（块化）。块化是以组的方式一次分配多个对象的方法。如果对列表的项连续跟踪，例如对一个   {名称，值}   对的列表，有两种选择：选择一是为每一个“名称-值”对分配一个节点；选择二是分配一个能容纳（如五个）“名称-值”对的结构。例如，一般情况下，如果存储四对，就可减少节点的数量，如果需要额外的空间数量，则使用附加的链表指针。     
   
  块化是友好的处理器高速缓存，特别是对于   L1-高速缓存，因为它提供了增加的位置   —不用说对于块分配，很多数据块会在同一个虚拟页中。     
  正确使用   _amblksiz。C   运行时   (CRT)   有它的自定义前端分配程序，该分配程序从后端（Win32   堆）分配大小为   _amblksiz   的块。将   _amblksiz   设置为较高的值能潜在地减少对后端的调用次数。这只对广泛使用   CRT   的程序适用。     
   
  使用上述技术将获得的好处会因对象类型、大小及工作量而有所不同。但总能在性能和可升缩性方面有所收获。另一方面，代码会有点特殊，但如果经过深思熟虑，代码还是很容易管理的。