从GC的SuppressFinalize方法带你深刻认识Finalize底层运行机制
如果你经常看开源项目的源码，你会发现很多Dispose方法中都有这么一句代码： GC.SuppressFinalize(this); ，看过一两次可能无所谓，看多了就来了兴趣，这篇就跟大家聊一聊。
一：背景
1. 在哪发现的
相信现在Mysql在.Net领域中铺的面越来越广了，C#对接MySql的MySql.Data类库的代码大家可以研究研究，几乎所有操作数据库的几大对象：MySqlConnection,MySqlCommand,MySqlDataReader以及内部的Driver都存在 GC.SuppressFinalize(this)代码。
public sealed class MySqlConnection : DbConnection, ICloneable
{
public new void Dispose()
{
Dispose(disposing: true);
GC.SuppressFinalize(this);
}
}
public sealed class MySqlCommand : DbCommand, IDisposable, ICloneable
{
public new void Dispose()
{
Dispose(disposing: true);
GC.SuppressFinalize(this);
}
}
2. GC.SuppressFinalize 场景在哪里
先看一下官方对这个方法的解释，如下所示：
//
// Summary:
// Requests that the common language runtime not call the finalizer for the specified
// object.
//
// Parameters:
// obj:
// The object whose finalizer must not be executed.
//
// Exceptions:
// T:System.ArgumentNullException:
// obj is null.
[ReliabilityContract(Consistency.WillNotCorruptState, Cer.Success)]
[SecuritySafeCritical]
public static void SuppressFinalize(object obj);
意思就是说: 请求 CLR 不要调用指定对象的终结器，如果你对终结器的前置基础知识不足，那这句话肯定不是很明白，既然都执行了Dispose，说明非托管资源都被释放了，怎么还压制CLR不要调用Finalize呢？删掉和不删掉这句代码有没有什么严重的后果，GC类的方法谁也不敢动哈。。。 为了彻底讲清楚，有必要说一下Finalize整个原理。
二：资源管理
我们都知道C#是一门托管语言，它的好处就是不需要程序员去关心内存的分配和释放，由CLR统一管理，这样编程门槛大大降低，天下攘攘皆为利来，速成系的程序员就越来越多~
1. 对托管资源和非托管资源理解
<1> 托管资源
这个很好理解，你在C#中使用的值类型，引用类型都是统一受CLR分配和GC清理。
<2> 非托管资源
在实际业务开发中，我们的代码不可能不与外界资源打交道，比如说文件系统，外部网站，数据库等等，就拿写入文件的StreamWriter举例，如下代码：
public static void Main(string[] args)
{
StreamWriter sw = new StreamWriter("xxx.txt");
sw.WriteLine("....");
}
为什么能够写入文件？ 那是因为我们的代码是请求windows底层的Win32 Api帮忙写入的，这就有意思了，因为这个场景有第三者介入，sw是引用类型受CLR管理，win32 api属于外部资源和.Net一点关系都没有，如果你在用完sw之后没有调用close方法的话，当某个时候GC回收了托管堆上的sw后，这给被打开的win32 api文件句柄再也没有人可以释放了，资源就泄露了，如果没看懂，我画张图：
三：头疼的非托管资源解决方案
1. 使用析构函数
很多时候程序员就是在使用完类之后因为种种原因忘记了手动执行Close方法造成了资源泄露，那有没有一种机制可以在GC回收堆对象的时候回调我的一个自定义方法呢？如果能实现就🐮👃了，这样我就可以在自定义方法中做全局的控制。
其实这个自定义方法就是析构函数，接下来我把上面的 StreamWriter 改造下，将 Close() 方法放置在析构函数中，先看一下代码：
public class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
sw.WriteLine("....");
GC.Collect();
Console.ReadLine();
}
}
public class MyStreamWriter : StreamWriter
{
public MyStreamWriter(string filename) : base(filename) { }
~MyStreamWriter()
{
Console.WriteLine("嘿嘿，忘记调用Close方法了吧！ 我来帮你");
base.Dispose(false);
Console.WriteLine("非托管资源已经帮你释放啦，不要操心了哈");
}
}
--------- output -----------
嘿嘿，忘记调用Close方法了吧！ 我来帮你
非托管资源已经帮你释放啦，不要操心了哈
四： 析构函数被执行的底层原理分析
让GC来通知我的回调方法这本身就很🐮👃，但仔细想想，在垃圾回收时，CLR不是将所有线程都挂起了吗？怎么还有活动的线程，而且这个线程是来自哪里？ 线程池吗？ 好，先从理论跟和大家分析一下，析构函数在CLR层面称为Finalize方法，为了方便后面通过windbg去验证，这里统一都叫Finalize方法，提前告知。
1. 原理步骤
<1> CLR在启动时会构建一个“Finalize全局数组”和“待处理Finalize数组” ，所有定义Finalize方法的类，它的引用地址全部额外再灌到“Finalize全局数组”中。
<2> CLR启动一个专门的“Finalize线程”让其全权监视“待处理Finalize数组”。
<3> GC在开启清理前标记对象引用时，如发现某一个对象只有一个在Finalize数组中的引用，说明此对象是垃圾了，CLR将该对象地址转移到另外一个 “待处理Finalize” 数组中。
<4> 由于该对象还存在引用，所以GC放了一马，然后“Finalize线程”监视到了 “待处理Finalize数组” 新增的对象，取出该对象并执行该对象的Finalize方法。
<5> 由于是破坏性取出，此时该对象再无任何引用，下次GC启动时就会清理出去。
看文字有点绕，我画一张图帮大家理解下。
2. windbg验证
<1> 修改Main代码如下，抓一下dump文件看看 MyStreamWriter是否在Finalize全局数组中。
public static void Main(string[] args)
{
MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
sw.WriteLine("....");
Console.ReadLine();
}
``` C#
0:000> !FinalizeQueue
SyncBlocks to be cleaned up: 0
Free-Threaded Interfaces to be released: 0
MTA Interfaces to be released: 0
STA Interfaces to be released: 0
----------------------------------
generation 0 has 13 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7ae8)
generation 1 has 0 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7a80)
generation 2 has 0 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7a80)
Ready for finalization 0 objects (0000018c2a9b7ae8->0000018c2a9b7ae8)
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):
MT Count TotalSize Class Name
00007ff8e7afb2a8 1 32 System.Runtime.InteropServices.NativeBuffer+EmptySafeHandle
00007ff8e7a94078 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafePEFileHandle
00007ff8e7a843b0 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileMappingHandle
00007ff8e7a84320 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeViewOfFileHandle
00007ff8e7b001b8 1 40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandleCache
00007ff8e7ad6df0 1 40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandle
00007ff8e7b133d0 2 64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeRegistryHandle
00007ff8e7a995d0 2 64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
00007ff8e7a93b48 1 64 System.Threading.ReaderWriterLock
00007ff8e7b14d38 1 104 System.IO.FileStream
00007ff889d45b18 1 112 ConsoleApp2.MyStreamWriter
Total 13 objects
很惊喜的看到 MyStreamWriter 就在其中，符合图中所示。
<2> 查看是否有专门的 “Finalize线程” ，可以通过 !threads 命令查看。
0:000> !threads
ThreadCount: 2
UnstartedThread: 0
BackgroundThread: 1
PendingThread: 0
DeadThread: 0
Hosted Runtime: no
Lock
ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 bf4 0000018c2a990f00 2a020 Preemptive 0000018C2C429168:0000018C2C429FD0 0000018c2a965220 1 MTA
6 2 44f4 0000018c2a9b9450 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000018c2a965220 0 MTA (Finalizer)
看到没，线程2标记了 MTA (Finalizer) , 说明果然有执行Finalizer方法的专有线程。😁😁😁
<3> 由于水平有限，不知道怎么去看 “待处理Finalize数组”，所以只能验证等GC回收之后，看下 “Finalize全局数组”中是否还存在MyStreamWriter即可。
public static void Main(string[] args)
{
MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
sw.WriteLine("....");
GC.Collect();
Console.ReadLine();
}
------- output ---------
嘿嘿，忘记调用Close方法了吧！ 我来帮你
非托管资源已经帮你释放啦，不要操心了哈
0:000> !FinalizeQueue
SyncBlocks to be cleaned up: 0
Free-Threaded Interfaces to be released: 0
MTA Interfaces to be released: 0
STA Interfaces to be released: 0
----------------------------------
generation 0 has 5 finalizable objects (0000021e8051a798->0000021e8051a7c0)
generation 1 has 5 finalizable objects (0000021e8051a770->0000021e8051a798)
generation 2 has 0 finalizable objects (0000021e8051a770->0000021e8051a770)
Ready for finalization 0 objects (0000021e8051a7c0->0000021e8051a7c0)
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):
MT Count TotalSize Class Name
00007ff8e7afb2a8 1 32 System.Runtime.InteropServices.NativeBuffer+EmptySafeHandle
00007ff8e7a94078 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafePEFileHandle
00007ff8e7a843b0 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileMappingHandle
00007ff8e7a84320 1 32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeViewOfFileHandle
00007ff8e7b001b8 1 40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandleCache
00007ff8e7ad6df0 1 40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandle
00007ff8e7a995d0 2 64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
00007ff8e7a93b48 1 64 System.Threading.ReaderWriterLock
00007ff8e7a96a10 1 96 System.Threading.Thread
Total 10 objects
可以看到这时候 “全局数组” 没有引用了，再看一下托管堆是否还存在 MyStreamWriter以及线程栈中是否还有对象引用地址。
0:000> !dumpheap
Address MT Size
00007ff889d25b00 1 112 ConsoleApp2.MyStreamWriter
Total 423 objects
0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x1b00 (0)
Child SP IP Call Site
0000007ecdffe9e0 00007ff8e88c20cc System.IO.__ConsoleStream.ReadFileNative(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte[], Int32, Int32, Boolean, Boolean, Int32 ByRef)
LOCALS:
<no data>
<no data>
<no data>
<no data>
<no data>
<no data>
0000007ecdffea70 00007ff8e88c1fd5 System.IO.__ConsoleStream.Read(Byte[], Int32, Int32)
LOCALS:
<no data>
<no data>
0000007ecdffead0 00007ff8e80770f4 System.IO.StreamReader.ReadBuffer()
LOCALS:
<no data>
<no data>
0000007ecdffeb20 00007ff8e8077593 System.IO.StreamReader.ReadLine()
LOCALS:
<no data>
<no data>
<no data>
<no data>
0000007ecdffeb80 00007ff8e8a68b0d System.IO.TextReader+SyncTextReader.ReadLine()
0000007ecdffebe0 00007ff8e8860d98 System.Console.ReadLine()
0000007ecdffec10 00007ff889e30959 ConsoleApp2.Program.Main(System.String[])
0000007ecdffeea8 00007ff8e9396c93 [GCFrame: 0000007ecdffeea8]
可以看到MyStreamWriter还是存在于托管堆，但是线程栈已再无它的引用地址，就这样告别了全世界，下次GC启动就要被彻底运走了。
五：回头再看 SuppressFinalize
如果你看懂了上面 Finalize 原理，再来看 SuppressFinalize的解释：‘请求 CLR 不要调用指定对象的终结器’。
就是说当你手动调用Dispose或者Close方法释放了非托管资源后，通过此方法强制告诉CLR不要再触发我的析构函数了，否则再执行析构函数相当于又做了一次清理非托管资源的操作，造成未知风险。
好了，本篇就说这么多，希望你对有帮助。
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