重新学.Net[七]——垃圾回收和资源管理[下]

在前面说了GC的工作原理。需要注意的是，GC只能回收托管堆中的资源。其他一些非托管资源，比如文件资源，缓冲区，互斥体之类，无法通过GC自动回收。必须通过开发人员自己编程实现对其的回收（有时候会觉得CLR的资源管理也会比较麻烦，因为它有一部分自动的，有用一部分手动的，但和C++比比，我们应该很知足了^_^）。
很自然的一种编码方式是将回收资源的函数写入终结函数Finalize中，GC启动回收托管资源的时候顺便把非托管资源一并回收了（有时候我会简单得说GC回收了，指的就是在GC启动时正好执行该代码一并回收去了）。但是，这会带来很多的问题。最大的问题是时机问题。开发人员不能决定GC何时启动（包括调用GC.Collect()也不行），这使得无法确定非托管资源何时会被释放，也无法决定不同对象占用的资源的释放顺序。
因此，我们需要按照一种被称为Dispose的模式来进行非托管资源的管理，先看一段比较经典的Dispose模式编码：
    public class UnsafeSourceHolder : IDisposable
    {
        private IntPtr buffer;
        private SafeHandler resource;
        private bool disposed;

        public UnsafeSourceHolder()
        {
            buffer = ...;
            resource = ...;
            disposed = false;
        }

        protected virtual void Dispose(bool disposing)
        {
            if (disposed) return;

            ReleaseBuffer(buffer);
            if (disposing)
            {
                if (resource != null) resource.Dispose();
            }

            disposed = true;
        }

        ~UnsafeSourceHolder()
        {
            Dispose(false);
        }

        public void Dispose()
        {
            Dispose(true);
            GC.SuppressFinalize(this);
        }

        public void Close()
        {
            Dispose();
        }

        public void DoSomething()
        {
            if (disposed) throw new ObjectDisposedException("不能使用被释放的资源");
        }
    }
从上面的代码中，我们来看看Dispose模式的关键之处。首先，如果一个类（上例中的UnsafeSourceHolder ）中包含非托管资源（在上例中，buffer和resource均代表非托管资源），它需要实现 IDisposable接口，这个接口中只有一个public void Dispose()方法。当然，如果你不实现该接口（比如，把Dispose()中的内容放到Close()中去），在理论上是没有任何问题的。但，这样做至少有两个不好的地方：
1.你失去了和调用人说话的一种语言（我们默认调用人看到一个类实现了IDisposable接口就认为该类中含有非托管资源），调用人可能不知道这个类中包含非托管资源；
2.你失去了某些方便的语法支持（比如C#中的using会自动帮助你调用该接口的Dispose方法）。
因此这样做是必须的。而为什么还要有一个Close()方法呢，原因也有两个：
1.调用人会比较习惯Close()这样的命名;
2.CLR将Dispose()方法作为一个显性接口方法，你必须这样调用：(IDisposable i).Dispose()，比较麻烦。
恩，所以综合考虑，当一个类中有托管资源的时候，你需要实现IDisposable接口，并暴露上面两个API供调用者使用。
说到了调用，我们再来看看，一个调用该类对象的人，有几种触发资源回收的方式。一种就是显性的调用Dispose或Close方法（或利用语法偷偷调用），通知回收资源。另外一种，是让GC启动自动回收资源。什么？我说过GC无法回收非托管资源，恩，是的，但是我已经重载了（相当于）Finalize()方法。什么？你没看到，那么请注意~UnsafeSourceHolder()这个函数。这可不是C++的析构函数，在上例中写了此函数，相当于写如下代码：
protected override void Finalize()
{
  try
  {
    Dispose();
  }
  finally
 {
    base.Finalize();
  }
}
之所以按貌似析构函数的方法来写，是因为很多开发人员不会按规则写入上的代码，以至于终结函数抛出异常，导致进程Down掉，或资源泄露。因此，请你按这种让许多C++程序员会感到异常不爽的方式来写（我个人觉得这种设计有点画蛇添足了，一个不会写try-finally这样代码的开发人员，你如何确定它会写析构函数那样的代码？？）。
但是但是，这样我们仔细看看代码我们可以发现。这两种调用方式是有所区别的，真实对非托管资源进行处理的是Dispose(bool disposing)函数，Dispose()方法调用Dispose(true)，而GC调用的是Dispose(false)。这有什么区别呢？讲清楚这个问题，我们需要将非托管资源分成两类（这些是我自己的说法，可能会有bug哦^_^），一类是只被一个对象享用的非托管资源，在上例中以buffer表示。另一类是被许多对象享用的非托管资源，在上例中以resouce表示。自己独享的资源当此对象销亡时必须释放，所以在GC调用时会考虑释放该资源。但另一类被共享的资源则不能由GC来释放，因为GC释放次序是不定的，无法确认释放这个资源后是否有其他对象在使用该资源。而了解这个的，只有调用者自己。因此只能依赖于调用者自己手动调用Dispose()或Close()来释放该资源。也就是说，手动的调用，会释放该对象使用的所有非托管资源，而自动调用只能释放该对象独享的非托管资源。
但，如果调用者出现错误，在释放了非托管资源后，又再次使用它，该怎么办？这时候，要求对象能够告诉调用者：Are you craze?。在上例中，用disposed变量来记录资源的使用状态，在非法使用时抛出ObjectDisposedException异常（这也是Dispose模式推荐的一部分内容）。
在上面代码中，还有一句GC.SuppressFinalize(this);这时告诉GC不要自动回收该对象。这里的原因我也不是很清楚，有说是已显性回收该对象没必要再自动回收了。我个人觉得不对，因为显性回收的只是非托管资源而已，托管资源并未回收。查了下MSDN和一些书，觉得更好的解释应该是如果Dispose回收时正好执行垃圾回收会产生冲突（因为垃圾回收启动时导致的线程挂起，并不会影响非托管资源的回收，这样会从两个地方回收该资源产生冲突），所以要调用GC.SuppressFinalize使得垃圾回收机制会在一段时间内不再尝试回收该对象。请注意，这是一段时间内而不是永远。
上面就是Dispose模式的一个基本结构，简单总结一下有如下一些要点：
1.实现IDisposable接口。
2.提供Close()函数，内部调用Dispose()函数。
3.实现一个Dispose(bool disposing)函数，处理不同的非托管资源。
4.实现析构函数（加个伪字好了^_^），使其能在GC启动时自动回收。
5.当调用已释放资源时抛出ObjectDisposedException异常（同时要允许多次清除同一资源）。
6.使用GC.SuppressFinalize函数，防止清理冲突。
当然还可以根据情况进一步的改良它的实现（比如在资源回收时加锁），但它的整体思路和基本接口不应该改变。当你实现的类中有设计非托管资源的管理时，请按照该模式来实现。但，当你类中没有非托管资源的时候，请不要没事找事，想一想上中那个需要顿悟的地方哦^_^。