前情提要

只要寫過(guò) c/c++ 的項(xiàng)目的童鞋應(yīng)該對(duì)對(duì)象生命周期的問題記憶猶新。怕有人還不理解這個(gè)問題，筆者先介紹下什么是生命周期的問題？

一個(gè) struct 結(jié)構(gòu)體生命周期分為三個(gè)步驟：

出生：malloc 分配結(jié)構(gòu)體內(nèi)存，并且初始化；

使用：這個(gè)就是對(duì)內(nèi)存的常規(guī)使用了；

銷毀：free 釋放這個(gè)內(nèi)存塊；

最典型結(jié)構(gòu)體“生命周期”問題的場(chǎng)景就是：你在使用對(duì)象正嗨的時(shí)候，被人偷偷把對(duì)象銷毀了。舉個(gè)例子：

• 12:00 時(shí)刻：ObjectA 內(nèi)存 malloc 出來(lái)，地址為 0x12345 ；

• 12:10 時(shí)刻：ObjectA 內(nèi)存地址 0x12345 釋放了；

• 12:12 時(shí)刻：程序猿小明拿到了 ObjectA 的地址 0x12345 ，準(zhǔn)備大干一場(chǎng)（但他并不知道的是，這個(gè) ObjectA 結(jié)構(gòu)體已經(jīng)結(jié)束了生命，0x12345 地址已經(jīng)被釋放了）于是，踩內(nèi)存了，全劇終；

生命周期問題的維度

一般來(lái)講，生命周期的問題其實(shí)有兩個(gè)方面：

• 第一個(gè)是結(jié)構(gòu)體本身內(nèi)存的生命周期 ；

• 第二個(gè)是結(jié)構(gòu)體對(duì)象管理的資源（ 比如資源句柄 ）；

?1???結(jié)構(gòu)體本身內(nèi)存

對(duì)象結(jié)構(gòu)體本身的生命周期這個(gè)很容易理解，這個(gè)就是內(nèi)存的分配和釋放。

//?步驟一：分配 obj_addr?=?malloc(...); //?步驟二：使用 ... //?步驟三：釋放 free(obj_addr);

如果違反了這條（使用了已經(jīng)釋放的內(nèi)存塊），就會(huì)發(fā)生踩內(nèi)存，野指針，未定義地址等一系列奇異事件。如果沒正確釋放，那么就是內(nèi)存泄漏。

?2???對(duì)象管理的資源

這個(gè)也很容易理解，比如一個(gè)代表 fd_t 的結(jié)構(gòu)體，里面有一個(gè)整型字段，代表這個(gè)結(jié)構(gòu)體管理的一個(gè)文件句柄。當(dāng) fd_t 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存被釋放的時(shí)候，它管理的文件句柄 sys_fd 也是需要 close 的。

struct?fd_t?{int?sys_fd;?//?系統(tǒng)句柄（這個(gè)需要在合適的時(shí)機(jī)釋放）struct?list_head?list;?//?鏈表掛接件//... };

如果違反了這條（使用釋放了的資源，比如句柄），那么就會(huì)出現(xiàn) bad descriptor 等一系列情況。

怎么才能解決生命周期的問題？

生命周期的問題是每個(gè)程序猿都可能遇到的，只要程序中涉及到資源的創(chuàng)建、使用、釋放，這三個(gè)過(guò)程，那么生命周期的問題就是你必經(jīng)之路，這是一個(gè)通用的問題。

上面我們提到生命周期問題的兩個(gè)維度，那么解決也是這兩個(gè)維度的針對(duì)性解決。遵守兩個(gè)原則：

對(duì)象在有人使用的時(shí)候不能釋放；

對(duì)象不僅要釋放自身內(nèi)存還要釋放管理的資源；

思考下：你在編程的時(shí)候，怎么處理的？

下面我從 c 這種底層語(yǔ)言，還有 Go 這種自帶 GC 的語(yǔ)言對(duì)比出發(fā)，來(lái)體驗(yàn)下不同語(yǔ)言下的生命周期的問題怎么解決。

c 編程的慣例

c 怎么才能保證內(nèi)存的安全，資源的安全釋放呢？

以下面的場(chǎng)景舉例：

現(xiàn)在有一個(gè) fd_t 的 list 鏈表，為了保護(hù)這個(gè)鏈表，用一個(gè)互斥鎖來(lái)保護(hù) ；

創(chuàng)建 fd_t 的時(shí)候，需要添加進(jìn) list（添加會(huì)加互斥鎖）；

正常使用的時(shí)候，會(huì)遍歷 list ，取合適的元素使用；

fd_t 銷毀的時(shí)候，會(huì)從全局鏈表中摘除；

首先，list 鏈表的并發(fā)安全可以用互斥鎖來(lái)解決，但是怎么保證你取出來(lái)元素之后，還在處理的時(shí)候，一直是安全的呢（不被釋放）？

你可能會(huì)自然想到一個(gè)思路：全程在鎖內(nèi)不就可以了。

確實(shí)如此，對(duì)象的創(chuàng)建，使用，刪除，全程用鎖保護(hù)，確實(shí)可以解決這個(gè)問題。但是鎖度變得非常大，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的編程中，很少見。

其實(shí)，解決資源釋放的場(chǎng)景，有一個(gè)通用的技術(shù)：引用計(jì)數(shù)。 wiki 上的解釋：

引用計(jì)數(shù)是計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中的一種內(nèi)存管理技術(shù)，是指將資源（可以是對(duì)象、內(nèi)存或磁盤空間等等）的被引用次數(shù)保存起來(lái)，當(dāng)被引用次數(shù)變?yōu)榱銜r(shí)就將其釋放的過(guò)程。使用引用計(jì)數(shù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)資源管理的目的。

引用計(jì)數(shù)是一種通用的資源管理技術(shù)，簡(jiǎn)述引用計(jì)數(shù)用法：

資源初始化的時(shí)候，計(jì)數(shù)為 1 ；

就是在資源獲取的時(shí)候，對(duì)資源計(jì)數(shù)加 1 ；

資源使用完成的時(shí)候，對(duì)資源計(jì)數(shù)減 1 ；

計(jì)數(shù)為 0 的時(shí)候，走釋放流程 ；

這樣，只需要用戶對(duì)資源的使用上遵守一個(gè)規(guī)則：獲取的時(shí)候，計(jì)數(shù)加 1，處理完了，計(jì)數(shù)減 1 ，就能保證不會(huì)有問題。因?yàn)樵谀闶褂闷陂g，不管別人怎么減，都不可能會(huì)到 0 。

思考下：引用計(jì)數(shù)有什么缺點(diǎn)呢？

第一個(gè)問題，非常容易出錯(cuò)，加減引用一定要配對(duì)，一旦有些地方多加了，或者多減了，就會(huì)引發(fā)資源問題。要么就是泄漏，要么就是使用釋放了的資源；

第二個(gè)問題，在于流程上變復(fù)雜了，因?yàn)?strong>計(jì)數(shù)為 0 的地方點(diǎn)變得不確定了。可能會(huì)出現(xiàn)在讀元素的流程上，走釋放流程；

以上兩點(diǎn)，其實(shí)對(duì)程序猿的能力、細(xì)致提出了很高的要求。

Go 就厲害了

引用計(jì)數(shù)是通用的技術(shù)，適用于所有的語(yǔ)言。筆者在寫 Go 的時(shí)候就用引用計(jì)數(shù)來(lái)解決過(guò)資源釋放的問題。

但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，Go 語(yǔ)言其實(shí)可以把代碼寫的更簡(jiǎn)單，Go 的創(chuàng)建則從兩個(gè)的角度解決了對(duì)象生命周期的問題：

第一，根本不讓用戶釋放內(nèi)存；

Go 的內(nèi)存，程序猿只能觸發(fā)分配，無(wú)法主動(dòng)釋放。釋放內(nèi)存的動(dòng)作完全交給了后臺(tái) GC 流程。這就很好的解決了第一個(gè)問題，由于不讓粗心的程序猿參與到資源的管理中，內(nèi)存資源的管理完全由框架管理（框架強(qiáng)，則我強(qiáng)，嘿嘿），根本就不用擔(dān)心會(huì)被程序猿用到生命終結(jié)的內(nèi)存塊。

第二，提供析構(gòu)回調(diào)函數(shù)機(jī)制；

上面說(shuō)了，GC 能夠保證內(nèi)存結(jié)構(gòu)體本身的安全性，但是一些句柄資源的釋放卻無(wú)法通過(guò)上面保證，怎么辦？

Go 提供了一個(gè)非常好的辦法：設(shè)置析構(gòu)函數(shù)。使用 runtime.SetFinalizer 來(lái)設(shè)置，將一個(gè)對(duì)象的地址和一個(gè)析構(gòu)函數(shù)綁定起來(lái)，并且注冊(cè)到框架里。當(dāng)對(duì)象被 GC 的時(shí)候，析構(gòu)函數(shù)將會(huì)被框架調(diào)用，程序猿則可以把資源釋放的邏輯寫到析構(gòu)函數(shù)中，這樣就配合上了呀，就能保證：在對(duì)象永遠(yuǎn)不能被程序猿摸到的前提下，調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)，從而完成資源釋放。

?1???生命結(jié)束的回調(diào)

函數(shù)原型：

func?SetFinalizer(obj?interface{},?finalizer?interface{})

參數(shù)解析：

• 參數(shù) obj 必須是指針類型

• 參數(shù) finalizer 是一個(gè)函數(shù)，參數(shù)為 obj 的類型，無(wú)返回值

函數(shù)調(diào)用 runtime.SetFinalizer 把 obj 和 finalizer 關(guān)聯(lián)起來(lái)。對(duì)象 obj 被 Gc 的時(shí)候，Go 會(huì)自動(dòng)調(diào)用 finalizer 函數(shù)，并且 obj 作為參數(shù)傳入。

就這樣，關(guān)于生命周期的問題，在 Go 里面就非常優(yōu)雅的解決了，對(duì)象內(nèi)存釋放交給了 Gc，資源釋放交給了 finalizer ，程序猿又可以躺好了。

擴(kuò)展思考

c++ 和 Python 這兩種語(yǔ)言又是怎么解決內(nèi)存的生命周期，還有資源的安全釋放呢？

提示：這兩種語(yǔ)言都有構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，但各有不同。這個(gè)問題留給讀者朋友思考。

• c++ 有構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，也很方便，但是 c++ 的類卻是非常復(fù)雜的。且 c++ 是沒有 GC 的，內(nèi)存釋放的動(dòng)作還是交給了程序猿，所以在 c++ 編程中，引用計(jì)數(shù)技術(shù)還是大量使用的；

• python 是一個(gè)自帶 GC ，并且提供構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)的。所以 python 的使用，程序猿完全不管內(nèi)存釋放，資源釋放則只需要定義在類的析構(gòu)函數(shù)里即可；

總結(jié)

生命周期的問題是老大難的問題，分為結(jié)構(gòu)內(nèi)存的安全釋放，內(nèi)部管理資源的安全釋放兩個(gè)維度；

c/c++ 大量采用引用計(jì)數(shù)技術(shù)來(lái)完成對(duì)資源的安全釋放；

引用計(jì)數(shù)的難點(diǎn)在于加減計(jì)數(shù)的配套使用，并且釋放的現(xiàn)場(chǎng)不確定；

Go 通過(guò)內(nèi)存自動(dòng) Gc ，且提供析構(gòu)函數(shù)綁定到對(duì)象地址的方法，從而完美解決了對(duì)象生命周期的問題；

用 runtime.SetFinalizer 替代引用計(jì)數(shù)的使用，太香了；

后記

你 open ?一個(gè)文件得到句柄 fd，緊接 unlink ?這個(gè)文件，此時(shí)，還可用 fd 來(lái)正常讀寫文件。直到?close? 這個(gè)文件的時(shí)候，這個(gè)文件才會(huì)永遠(yuǎn)的消失。你能猜到其中原理嗎？

~完～

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的编程思考：对象生命周期的问题的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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