[G1-Sync] Manual knowledge update
This commit is contained in:
Antigravity Agent
@@ -0,0 +1,427 @@
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id: cs-memory-management-patterns
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title: Memory Management — GC / arena / RC / ownership
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category: Coding
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status: draft
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source_trust_level: B
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verification_status: conceptual
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created_at: 2026-05-09
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updated_at: 2026-05-09
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tags: [cs, memory, vibe-coding]
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tech_stack: { language: "C++ / Rust", applicable_to: ["CS"] }
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applied_in: []
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aliases: [memory management, garbage collection, RC, reference counting, arena, ownership, RAII]
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# Memory Management Patterns
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> Memory 의 알고리즘. **GC, arena, ref count, ownership (Rust)**.
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## 📖 핵심 개념
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- Stack vs heap.
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- Manual free vs auto.
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- GC (mark-sweep, generational).
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- RC (auto, cycle).
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- Ownership (Rust).
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## 💻 코드 패턴
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### Stack vs heap
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```
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Stack:
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- Function call frame.
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- LIFO.
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- 빠름.
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- 작은 (1-8 MB).
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Heap:
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- 동적 alloc.
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- 큰.
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- Free 필요 (manual or GC).
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```
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### C / C++ manual
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```c
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int* arr = malloc(100 * sizeof(int));
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// 사용.
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free(arr);
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```
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→ Forget = leak. Double-free = crash.
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### C++ RAII
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```cpp
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{
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std::vector<int> v(100);
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// 사용.
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} // 자동 destroy (RAII).
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```
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→ Scope 끝 = destructor.
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### Smart pointer (C++)
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```cpp
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||||
auto p = std::make_unique<MyClass>(); // exclusive.
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||||
auto s = std::make_shared<MyClass>(); // shared (RC).
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||||
auto w = std::weak_ptr<MyClass>(s); // non-owning.
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```
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→ unique = single owner.
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shared = ref count.
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weak = no own (cycle 방지).
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### Rust ownership
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```rust
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||||
let s = String::from('hello');
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||||
let s2 = s; // moved.
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||||
// println!('{}', s); // ❌ s 가 moved.
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||||
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||||
fn take(s: String) {}
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||||
take(s2); // moved.
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||||
// println!('{}', s2); // ❌
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```
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||||
→ Compile-time. No GC.
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||||
### Rust borrow
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```rust
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||||
fn borrow(s: &String) {
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||||
println!('{}', s);
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||||
}
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||||
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||||
let s = String::from('hello');
|
||||
borrow(&s);
|
||||
println!('{}', s); // OK — borrow 끝.
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||||
```
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||||
→ Read borrow (multiple).
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||||
Write borrow (exclusive).
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### Rust Arc / Rc
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```rust
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||||
use std::rc::Rc;
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||||
let a = Rc::new(MyData);
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||||
let b = a.clone(); // count = 2.
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||||
// Drop = count--.
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```
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||||
→ Single-threaded.
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||||
```rust
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||||
use std::sync::Arc;
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||||
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||||
let a = Arc::new(MyData);
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||||
let b = a.clone(); // atomic count.
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||||
```
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||||
→ Multi-thread.
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### Garbage Collection (GC)
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```
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Mark-Sweep:
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- Reachable 인 root → mark.
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- Unmarked = free.
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- Stop-the-world.
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Generational:
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- Young / old generation.
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- Young 가 자주 GC (대부분 die).
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||||
- Old 가 가끔.
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Concurrent (Java G1, ZGC):
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- Application + 동시.
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- Pause time ↓.
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```
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||||
### Java GC tuning
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||||
```bash
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||||
java -XX:+UseG1GC -Xmx4g -Xms4g app.jar
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||||
java -XX:+UseZGC -Xmx16g app.jar # large heap, low pause.
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||||
```
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||||
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||||
### Go GC
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||||
```
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||||
Concurrent + tri-color mark.
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- 1 ms pause typical.
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||||
- 자체 tune 안 됨.
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||||
- GOGC env var.
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```
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||||
```bash
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||||
GOGC=200 # GC 가 less frequent (memory ↑).
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```
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||||
### Python ref count + GC
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```
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Ref count + cycle detector.
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- 매 object 가 count.
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||||
- Count 0 = free.
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||||
- Cycle = generational GC.
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```
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||||
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||||
```python
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||||
import sys
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||||
sys.getrefcount(obj)
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```
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||||
### JS GC (V8)
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||||
```
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||||
Generational + concurrent mark-sweep.
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||||
- 매 minor GC = young (frequent).
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||||
- Major GC = old (rare).
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||||
- Tuning = generally 안 함.
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```
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||||
→ Memory leak 가 흔함 (closure, listener).
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### Memory leak in JS
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||||
```ts
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||||
// ❌ Closure 가 외부 변수 retain
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||||
function setup() {
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||||
const big = new Array(1000000);
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||||
return () => console.log('hi'); // big 도 retain.
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||||
}
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||||
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||||
const fn = setup();
|
||||
// big 가 GC 안.
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||||
```
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||||
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||||
```ts
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||||
// ❌ Event listener
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||||
window.addEventListener('resize', handler);
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||||
// handler 가 ref. Forever.
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||||
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||||
// ✅
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||||
window.addEventListener('resize', handler, { signal: ac.signal });
|
||||
ac.abort();
|
||||
```
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||||
### Arena allocation
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||||
```
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||||
모든 alloc 가 1 arena.
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||||
Arena reset 시 모든 free.
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||||
→ Game / web request frame.
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||||
- 매 frame / request 의 arena.
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||||
- Reset = O(1).
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```
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||||
```rust
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||||
use bumpalo::Bump;
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||||
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||||
let arena = Bump::new();
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||||
let v = arena.alloc(MyData { ... });
|
||||
// ... 매 frame 의 alloc.
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||||
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||||
// 매 frame 끝:
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||||
drop(arena); // 모든 free.
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||||
```
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||||
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||||
→ Game engine 친화.
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||||
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||||
### Pool allocation
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||||
```rust
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||||
struct Pool<T> {
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||||
items: Vec<T>,
|
||||
free: Vec<usize>,
|
||||
}
|
||||
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||||
impl<T> Pool<T> {
|
||||
fn alloc(&mut self, item: T) -> usize {
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||||
if let Some(idx) = self.free.pop() {
|
||||
self.items[idx] = item;
|
||||
idx
|
||||
} else {
|
||||
self.items.push(item);
|
||||
self.items.len() - 1
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
fn free(&mut self, idx: usize) {
|
||||
self.free.push(idx);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
→ 같은 size object 의 fast alloc / free.
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||||
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### Reference cycle
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||||
```ts
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||||
class Node {
|
||||
constructor(public next?: Node) {}
|
||||
}
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||||
|
||||
const a = new Node();
|
||||
const b = new Node();
|
||||
a.next = b;
|
||||
b.next = a; // cycle.
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||||
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||||
// JS GC 가 detect (mark-sweep).
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||||
// 옛 ref count 만 = leak.
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||||
```
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||||
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||||
→ Modern GC 가 cycle 처리.
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||||
### WeakRef / WeakMap (JS)
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||||
```ts
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||||
const cache = new WeakMap<object, string>();
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||||
cache.set(user, 'cached value');
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||||
|
||||
// User 가 GC 됨 = cache entry 도.
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||||
```
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||||
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||||
→ Memory leak 방지.
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||||
### iOS / macOS ARC
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||||
```swift
|
||||
class Person {
|
||||
var partner: Person?
|
||||
}
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||||
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||||
let alice = Person()
|
||||
let bob = Person()
|
||||
alice.partner = bob // strong.
|
||||
bob.partner = alice // strong → cycle.
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||||
// → Memory leak.
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||||
```
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||||
|
||||
```swift
|
||||
class Person {
|
||||
weak var partner: Person? // weak — no retain.
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
### Android Java/Kotlin
|
||||
```kotlin
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||||
// Static reference 가 Activity:
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||||
object MyManager {
|
||||
var activity: Activity? = null
|
||||
}
|
||||
// Activity rotate = leak (옛 instance retained).
|
||||
|
||||
// 해결: WeakReference.
|
||||
object MyManager {
|
||||
var activity: WeakReference<Activity>? = null
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
### Memory profiler
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||||
```
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||||
- Chrome DevTools (JS).
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||||
- Xcode Instruments (iOS).
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||||
- Android Studio Profiler.
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||||
- Java VisualVM / async-profiler.
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||||
- Go pprof.
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||||
- Rust valgrind / heaptrack.
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||||
```
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||||
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||||
→ Leak 발견.
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||||
|
||||
### Production memory
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||||
```
|
||||
- Heap size limit (container OOM).
|
||||
- 매 user 별 budget.
|
||||
- GC pause 가 latency.
|
||||
- Memory pressure handling.
|
||||
```
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||||
|
||||
→ [[Native_Memory_Pressure_iOS_Android]].
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||||
|
||||
### Rust 의 zero-cost
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||||
```
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||||
Compile-time check.
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||||
- Runtime overhead 0.
|
||||
- Manual 보다 더 안전.
|
||||
|
||||
→ "Safety + performance" 의 답.
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||||
```
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||||
|
||||
### When GC?
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||||
```
|
||||
Pros:
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||||
- 매 dev 가 memory worry X.
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||||
- Rapid development.
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||||
- Cycle 자동.
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||||
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||||
Cons:
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||||
- Pause time.
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||||
- Memory usage 큰 (overhead).
|
||||
- Predictability ↓ (real-time 안).
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||||
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||||
→ Most app = GC OK.
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||||
Game / embedded / OS = manual / Rust.
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||||
```
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||||
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||||
### Hybrid (Rust + GC language)
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||||
```
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LLM agent:
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||||
- Rust 의 fast core (vector search).
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||||
- Python 의 logic (script).
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||||
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||||
→ Best of both.
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||||
```
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||||
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||||
### Memory layout
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||||
```
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||||
SOA (Struct of Arrays):
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||||
- 매 field 의 array.
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||||
- Cache locality 가 좋음 (1 field 만 read).
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||||
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||||
AOS (Array of Structs):
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||||
- 매 struct 의 array.
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||||
- 매 row 사용 시 좋음.
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||||
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||||
→ Use case 따라.
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```
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||||
|
||||
### NUMA
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||||
```
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||||
Multi-socket server.
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||||
- 매 socket 의 own memory.
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||||
- Cross-socket 가 slow.
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||||
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||||
→ NUMA-aware allocation.
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||||
```
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||||
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||||
### Memory mapped file (mmap)
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||||
```c
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||||
int fd = open('big-file', O_RDONLY);
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||||
char* data = mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
|
||||
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||||
// File 가 memory 처럼.
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||||
// OS 가 page (lazy).
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||||
```
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||||
|
||||
→ 큰 file 처리.
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||||
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## 🤔 의사결정 기준
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| Language | Memory |
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||||
|---|---|
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||||
| Rust | Ownership (compile-time) |
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||||
| C++ | RAII + smart pointer |
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||||
| Go | GC (concurrent) |
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||||
| Java | G1 / ZGC |
|
||||
| Python | RC + cycle |
|
||||
| JS | V8 GC |
|
||||
| Swift | ARC + weak |
|
||||
| Kotlin | JVM GC |
|
||||
|
||||
## ❌ 안티패턴
|
||||
- **Manual free 잊음**: leak.
|
||||
- **Cycle 의 ARC**: leak.
|
||||
- **Static reference 의 Activity**: leak.
|
||||
- **Closure 의 big object**: leak.
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||||
- **GC tune 0 인지**: pause.
|
||||
- **Rust 가 Arc 가짜**: cycle = leak.
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||||
## 🤖 LLM 활용 힌트
|
||||
- Rust ownership 가 modern.
|
||||
- GC 가 most app 의 OK.
|
||||
- Cycle 의 ARC / RC = weak.
|
||||
- Leak 가 흔한 (closure, listener, static).
|
||||
|
||||
## 🔗 관련 문서
|
||||
- [[CS_LockFree_Atomic]]
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||||
- [[Native_Memory_Pressure_iOS_Android]]
|
||||
- [[Perf_V8_Optimization]]
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