2. 内存管理基础

简单来说，编程语言的运行需要调用底层的硬件资源，但是由于资源的稀缺性，这些资源在使用完毕后需要及时的归还和释放，这就是资源管理要做的事情。通常所说的资源，主要包含了硬件中的内存、磁盘/网络IO、文件句柄等。本篇内容主要是针对内存管理进行探讨：

在了解内存管理之前，我们需要先明白程序运行过程中，内存是如何分布的。

通常情况下，程序运行过程中，内存区域主要分为以下几部分：

其中，1区只读，2&3区在程序运行过程中始终有效，程序结束才会释放，4区仅在线程内共享，5区在进程内共享，4和5区的内存通常由操作系统和编译器负责释放。

对于上述内存区域中的1&2&3&4区，因为其生命周期通常可以在编译阶段被确定，所以比较简单。但是对于堆内存的释放，则需要在运行时才能确定，这就是内存管理机制重点要做的事情。目前主流的内存管理方式主要有以下几种：

上述几种内存管理方式各有优劣：

手动管理： 比较灵活，但开发效率比较低，而且如果不及时释放内存，则容易造成浪费，所以不太适合可持续的进程如web程序。

垃圾回收器： 将内存回收交给第三方如jvm，需要占用资源进行统计和回收，若降低回收次数，则需要更大内存，通常会降低程序效率。

引用计数： 虽然可以在编译阶段就可以通过预测计数来减少运行负担，但对于某些情况下如递归，则无法进行处理。

所有权机制： 在编译阶段检查静态规则，几乎可以避免全部的内存安全问题，但是学习门槛比较高。

内存管理的主要目标是为了规避内存泄漏、内存溢出和其他内存不安全的问题。

可以简单理解为内存用过之后不及时释放，一次不释放可以忽略，但长期累积不释放就会造成内存耗尽。在代码中大量使用静态变量、连接资源不及时关闭等都会造成内存泄漏，这在语言层面很难规避，需要养成良好的代码规范来避免这种错误。

与内存泄漏有些像，但又不太一样，都是内存不够用，但是内存溢出是申请内存不够用之后占用了别的内存，形象点讲，内存泄漏是一直在买东西，最后发现钱不够用了，内存溢出则是买了个大件儿，钱不够用，就去抢钱或者贷款了。在代码中一次加载的数据量太大、启动内存太小等都会造成内存溢出，这也需要具体情况进行具体分析。

内存泄漏和内存溢出不属于内存不安全问题，通常情况下内存不安全问题一般是由于对内存的使用不正确造成的，可以归为以下几类：

空指针的地址空间一般是受保护的，因此在解引用时会产生segfault。

野指针是指使用了未初始化的内存或者使用已经被释放的内存，总之就是用了不该用的内存。

非法释放是指释放已经释放了的内存或者释放了不该释放的内存。

缓存区溢出通常是指针访问越界，访问了不该访问的地址。

数据竞争是指对同一块内存同时进行写操作并且没有进行同步，这会造成数据不一致。

针对上述这些内存问题，不同语言处理机制不一样，大部分是在运行阶段才发现，但是rust则是通过规则约定，在编译阶段就提前发现问题并规避。