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TCmalloc简介
TCMalloc 是 Google 自定义的 c 的 malloc () 和 c + + 操作符 new 的实现，用于 c 和 c + + 代码中的内存分配。TCMalloc 将 c 的 malloc () 和 c + + 操作符 new 的内部实现替换为 TCMalloc 的实现，开发者只需编译链接 TCMalloc 的静态库或动态库即可，无需改动任何与内存分配有关的代码。
TCMalloc 通常被用于提高内存分配的性能，实现了高效的内存管理。在与glibc中的内存分配器
ptmalloc2
作比较：
- tcmalloc分配一次内存的时间更快
- tcmalloc优化了对小对象的存储，需要更少的空间
- tcmalloc特别在多线程方面做了优化，一方面是对于小对象（<32k）的分配基本不存在锁，内存资源竞争，另一方面是对大对象(>=32k)使用了细粒度、高效的自旋锁。
- tcmalloc分配给本地线程的内存资源，在长时间空闲的情况下会被回收，供其他线程使用，提高了多线程时内存利用率，不会浪费内存，这一点ptmalloc2无法做到。
粒度解释：“粒度”表示的是精确程度问题。粗粒度角度描述一个系统，是关注系统中大的组件；细粒度角度描述一个系统是从组成大组件的小组件，或者更小组件的角度认识系统。
“粒度”此处是用来描述一个系统，或者对比多个系统的术语，它是一个相对的概念。
说明：glibc是
GNU
发布的libc库，即c
运行库
。glibc是
linux系统
中最底层的
api
，几乎其它任何运行库都会依赖于glibc。glibc除了封装
linux
操作系统所提供的
系统服务
外，它本身也提供了许多其它一些必要功能服务的实现。由于 glibc 囊括了几乎所有的
UNIX
通行的标准，可以想见其内容包罗万象。而就像其他的 UNIX 系统一样，其内含的档案群分散于系统的树状
目录结构
中，像一个支架一般撑起整个操作系统。在 GNU/Linux 系统中，其C函式库发展史点出了GNU/Linux 演进的几个重要里程碑，用 glibc 作为系统的C函式库，是GNU/Linux演进的一个重要里程碑。（参考于
glibc 简介： – the_tops – 博客园 (cnblogs.com)
）
TCMalloc内部结构
- front-end ：front-end 是一个缓存，它为应用程序提供内存的快速分配和释放。
- middle-end ：middle-end 负责为 front-end 填充或回收缓存。
- back-end ： back-end 负责从 OS 获取或释放内存。
TCMalloc 的工作模式
- tcmalloc会为每个线程分配本地缓存，小对象请求可以直接从本地缓存获取，如果没有空闲内存，则从central heap中一次性获取一连串小对象。
- tcmalloc对于小内存，按8的整数次倍分配，对于大内存，按4K的整数次倍分配。
- 当某个线程缓存中所有对象的总大小超过2MB的时候，会进行垃圾收集。垃圾收集阈值会自动根据线程数量的增加而减少，这样就不会因为程序有大量线程而过度浪费内存。
图1： Page和Span的关系
图2：通过PageMap实现Page到Span的映射\通过伙伴系统，实现了Span的分裂与合并
图3：每种规则的对象，都有一个CentralCache、向PageHeap申请Span，为用户分配对象
每种规则的对象都有一个独立的内存分配单元：
CentralCache
。在一个CentralCache内存，我们用链表把所有的Span组织起来，每次需要分配时就找一个Span从中分配一个Object；当没有空闲的Span时，就从PageHeap申请Span。
但是多线程情景，大家都在
CentralCache
分配资源，就会出现竞争。
每一个线程都有一个局部的
ThreadCache，
如果
ThreadCache
不够了，就在
CentralCache
集中分配，如果
CentralCache
中依然没有内存可分配，就在
PageHeap
中申请
Span
，如果
PageHeap
没有合适的
Page
可以申请
Span
，就在操作系统中申请。
释放内存时，
ThreadCache
遵循着批量释放的原则，当对象积累到一定程度就释放上一层
CentralCache
；当
CentralCache
发现一个
Span
的内存完全释放了，就将这个
Span
归还给
PageHeap
；
PageHeap
发现一批连续的
Page
都释放了，就归还给操作系统了。
tcmalloc申请内存流程
- 首先根据申请空间的大小从当前线程的可用内存块里面找（每个进程维护一组链表，每个链表代表一定大小的可用空间）
-
.分配对象时，大的对象直接分配给Span，小的对象从Span中分配object
- . 如果没找到，就到central list里面查找（central list跟线程各自维护的list结构很像，为不同的size各自维护一组可用空间列表）
- 如果scentral list也没有找到，则计算分配size个字节需要分配多少page（变量：class_to_pages）
- 根据pagemap查找page对应的可用的span列表，如果找到了，则直接返回span，central list会将该span切割成合适的大小放入对应的列表中，然后交给thread cache
- 如果没有找到可用的span，则向OS直接申请，然后步骤同step 5。
page管理：
伙伴系统：合并相邻的page，减少外部碎片
内存申请：分裂Span
内存释放：合并Span
tcmalloc释放内存流程
1. 释放某个object
2. 找到该object所在的span
3. 如果该span中所有object都被释放，则释放该span到对应的可用列表，在释放的过程中，尝试将该span跟左右spans merge成更大的span
4. 如果当前thread cache的free 空间大于指定预置，归还部分空间给central list
5. central list也会试图通过释放可用span列表的最后几个span来将不用的空间归还给OS
tcmalloc向OS申请/释放资源是以span为单位的。
注意:tcmalloc向系统申请空间有三种方式：
sbrk，mmap，/dev/mem文件
，默认是三种都可以的，一种不行换另外一种。注：大对象直接使用页级分配器（一个页是一个4K的对齐内存区域）从中央堆直接分配。