Speicheroptimierung

Speicheroptimierung bezeichnet das gezielte Reduzieren des Speicherbedarfs und die Verbesserung der Speichernutzung in Software. Ziel ist es, den verfügbaren RAM effizienter zu nutzen, Latenzen zu verringern und den Energieverbrauch zu senken, insbesondere in ressourcenbeschränkten Umgebungen wie Embedded-Systemen oder mobilen Geräten.

Zentrale Konzepte umfassen Speicherverwaltung, Fragmentierung, Cache-Effizienz und das Layout von Datenstrukturen. Die Lokalisierung von Zugriffen, also temporale und räumliche Lokalität, beeinflusst maßgeblich, wie oft Daten aus dem Hauptspeicher gelesen werden. Die Wahl geeigneter Datentypen, die Minimierung von Overhead durch Zeiger oder Kopfzeilen sowie die Reduktion unnötiger Kopien spielen eine wichtige Rolle.

Zu den gängigen Techniken gehören stabile oder stackbasierte Allokation statt dynamischer Allokationen, Speicherpools und Objektpools, No-Alloc-Design und deterministische Freigabe (RAII). Zudem wird das Speicherlayout oft durch Struktur-Arrays gegenüber Array-of-Objects optimiert, auf Alignment und Padding geachtet und cachefreundliche Traversierung angestrebt. In eingebetteten Systemen setzt man häufig auf feste Puffer und worst-case-sichere Speichergrenzen; Garbage Collection kann feingesteuert oder vermieden werden, um Spikes zu verhindern.

Profiling und Messung sind zentrale Schritte der Speicheroptimierung. Werkzeuge zur Speicheranalyse helfen bei der Identifikation von Lecks, Fragmentierung und übermäßigen Allokationen. Die Optimierung kann Komplexität hinzufügen, sollte daher ausgewogen zwischen Speicherverbrauch, Latenz und Code-Qualität abgewogen werden.

Anwendungsbereiche sind Betriebssysteme, Datenbanken, High-Performance-Computing, Mobile Apps und eingebettete Systeme. Typische Best Practices umfassen frühzeitige Planung der Speicherstruktur, Wiederverwendung von Objekten, Minimierung unnötiger Kopien, konsequente Freigabe und regelmäßiges Profiling.