Ownership e Garbage Collection: Explorando Modelos de Gestão de Memória

Entenda as diferenças entre Ownership e Garbage Collection, como cada modelo impacta a performance e saiba quando usar cada abordagem

7 min readNov 13, 2024

1. Introdução à Gestão de Memória

Em um sistema de software, a gestão de memória afeta diretamente a performance, a segurança e a estabilidade das aplicações. Cada linguagem lida com isso de maneira diferente, e nesse texto, nós vamos explorar dois modelos: Ownership e Garbage Collection:

Ownership: modelo adotado pelo Rust, o programador detém controle da memória, administrando o ciclo de vida dos dados e assegurando a utilização eficaz de memória.
Garbage Collection: modelo adotado por linguagens como Java e Python, onde o gerenciamento é automatizado: é o sistema quem aloca e desaloca os dados não utilizando, possibilidade ao programador se concentrar mais em outras partes do código.

Essas duas abordagens representam filosofias distintas de controle de memória. Nos próximos capítulos, nós vamos analisar cada uma delas detalhadamente.

2. O que é o Ownership

Na linguagem Rust, a gestão de memória é feita através de um modelo chamado Ownership. Como vimos no capítulo anterior, essa abordagem permite que o programador tenha mais controle sobre a alocação e desalocação da memória.

2.1. Como o modelo funciona

O modelo funciona da seguinte forma:

Cada valor na memória tem um “dono”, ou seja, uma variável que possui o controle exclusivo desse valor.
Enquanto o “dono” está ativo no código (dentro do escopo), o valor continua na memória.
Quando o “dono” sai do escopo, o valor é automaticamente liberado, evitando desperdício de memória.
Esse processo acontece sem precisar de um garbage collector, pois o sistema libera a memória conforme os donos deixam de existir.

Aqui está um exemplo básico para ilustrar o Ownership:

fn main() {
    let s1 = String::from("Olá"); // s1 é o dono da String "Olá"
    let s2 = s1; // agora s2 é o dono; s1 perde o acesso

    println!("{}", s1); // retorna erro, pois s1 já não é mais o dono
}

Quando atribuímos s1 a s2, a propriedade do valor é transferida de s1 para s2. Isso significa que s1 não pode mais acessar a string, pois ela agora pertence a s2.

Essa abordagem evita que s1 tente acessar a memória que agora é de s2, garantindo mais segurança e prevenindo erros, como o uso de memória que já foi liberada.

2.2. Sobre as Vantagens

O ownership é altamente eficiente para garantir uma boa gestão de memória. Aqui estão algumas vantagens desse modelo:

Performance: o código tende a ser mais rápido, pois evita pausas indesejadas para liberar a memória;
Segurança: as verificações são feitas em tempo de compilação, assegurando que o código não tente acessar memória inválida;
Controle: permite ao programador gerenciar explicitamente quando e onde a memória é liberada.

2.3. Sobre os Desafios

Embora eficiente, o Ownership exige que o programador ententa e controle os ciclos dos dados. Em alguns casos, isso pode tornar o desenvolvimento mais complexo, especialmente para quem está acostumado com outros modelos.

2.4. Ownership na Prática

O ownership é ideal para aplicativos de alto desempenho, onde o controle direto sobre a memória é essencial, como sistemas embarcados e sistemas complexos que requerem alta performance.

3. O que é Garbage Collection

O Garbage Collection é um método que automatiza o gerenciamento de memória. Ao invés do programador administrar manualmente a memória ou controlar diretamente a quantidade liberada, o sistema realiza essa tarefa de forma automática.

Esse modelo é usado em linguagens como Java, Python e C#, “facilitando” o desenvolvimento e permitindo que o programador se concentre em outras tarefas, sem se preocupar diretamente com a alocação e liberação de memória.

3.1. Como o modelo funciona

O modelo funciona da seguinte forma:

O sistema monitora a memória do programa durante a execução para identificar valores e objetos que não estão mais sendo utilizados
Quando o sistema identifica algum valor ou objeto que não está sendo acessado por nenhuma parte do código, ele é marcado como “coletável” e a memória é liberada.

Aqui está um exemplo simplificado de como isso funciona:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("Hello");
        String str2 = new String("World");
        str1 = null;  // str1 é agora é coletável
    }
}

Neste código, a variável str1 é atribuída como null, fazendo com que o objeto "Hello" fique sem referência e o torne “coletável”.

3.2. Sobre as Vantagens

Aqui estão algumas vantagens desse modelo:

Facilidade de uso: O programador não precisa gerenciar manualmente a memória.
Redução de erros: O Garbage Collector minimiza problemas como vazamento de memória.
Menos sobrecarga: O sistema lida com a memória em segundo plano, permitindo mais foco no código.

3.3. Desafios do Garbage Collection

Apesar das vantagens, o Garbage Collection tem alguns desafios:

Performance: O Garbage Collection pode introduzir pausas no programa, especialmente em momentos de coleta de lixo.
Menos Controle: O programador não tem controle direto sobre quando a memória será liberada, o que pode ser um problema em situações que exigem otimização extrema.

3.4. Garbage Collection na Prática

O Garbage Collection é ideal para aplicações em que a facilidade de uso e a segurança são mais importantes que o controle absoluto sobre a memória. É muito usado em aplicações web, scripts, aplicações móveis e outros tipos de sistemas onde o gerenciamento manual de memória não é uma prioridade.

4. Ownership vs Garbage Collection

Nessa tabela abaixo eu coloquei algumas diferenças principais entre Ownership e o Garbage Collection:

Como podemos ver na tabela acima, existem diferenças significativas entre os dois métodos de gerenciamento de memória, principalmente em como controlam a alocação e liberação de recursos, cada um com suas vantagens e desvantagens.

⚠️ importante: apesar do rust ter pilares de segurança, ele não faz milagres, então é totalmente possível escrever código ruim

5. Quando Usar Ownership ou Garbage Collection?

Como vimos até aqui, ambas as abordagens tem características únicas que atendem a diferentes tipos de aplicações. Mas quando optar por uma ou outra? Abaixo, eu detalho algumas situações:

5.1. Ownership: Controle e Performance

O Ownership é uma escolha ideal para sistemas onde o controle direto da memória e a alta performance são essenciais: sistemas embarcados, sistemas e jogos que requerem alta performance, serviços com alta latência e etc.

O Ownership permite que o programador tenha um controle maior sobre o ciclo de vida de cada objeto, garantindo uso eficiente e sem interferências. Isso pode ser decisivo em aplicações que demandam respostas em tempo real, onde qualquer pausa pode comprometer a experiência do usuário.

Além disso, o Ownership é interessante para aplicações que exigem segurança e controle rigoroso, como sistemas financeiros e científicos, onde o programador precisa garantir que cada bit de memória esteja sob controle, evitando desperdícios.

5.2. Garbage Collection: Simplicidade e Produtividade

O Garbage Collection, por outro lado, é uma ótima opção para aplicações de uso geral, como softwares corporativos e etc, onde a “simplicidade” e a “produtividade” são mais importantes do que o controle de baixo nível.

Como ele cuida automaticamente da liberação da memória, isso permite que os desenvolvedores foquem no código e nas funcionalidades, sem se preocupar tanto com a alocação e liberação de memória, como acontece no c++, por exemplo.

Ele também é vantajoso para aplicações onde a manutenção é constante e a equipe prefere otimizar tempo de desenvolvimento e evitar erros manuais.

5.3. Enfim, Resumindo…

Para decidir entre Ownership e Garbage Collection, considere os requisitos específicos do seu projeto.

Em sistemas de alta performance e controle, o Ownership pode trazer vantagens significativas.
Em sistemas onde a simplicidade e a segurança são prioridades, Garbage Collection pode ser a escolha mais eficiente e produtiva.

6. Qual o Melhor Modelo de Gestão de Memória para Você?

A resposta para essa pergunta é bem simples:

“Não existe ‘o melhor modelo’, tudo depende do contexto do projeto e dos objetivos da equipe de desenvolvimento. “

É importante reforçar isso num momento em que tanta gente tenta criar bala de prata em tecnologia.

O Ownership proporciona controle absoluto sobre o uso da memória, sendo ideal para aplicações de alta performance ou que exigem baixo nível de controle. No entanto, ele demanda um bom entendimento de alocação manual, o que pode exigir mais esforço.
O Garbage Collection “simplifica” o desenvolvimento, permitindo que você se concentre em outros aspectos do código. Esse modelo é excelente para aplicações corporativas e web, onde o foco está na produtividade e na minimização de erros de memória.

7. Conclusão

Nesse artigo eu tentei explicar de forma simples e didática a diferença entre cada uma dessas abordagens de gerenciamento de memória. Existem outras além dessas, a qual eu já falei num outro artigo quando comparei o gerenciamento de memória entre a linguagem Rust e C++

E qual dos métodos você usa com mais frequência?