一张图带你了解.NET终结(Finalize)流程
简介
"终结"一般被分为确定性终结(显示清除)与非确定性终结(隐式清除)
- 确定性终结主要
提供给开发人员一个显式清理的方法，比如try-finally,using。 - 非确定性终结主要
提供一个注册的入口，只知道会执行，但不清楚什么时候执行。比如IDisposable,析构函数。
为什么需要终结机制？
首先纠正一个观念，终结机制不等于垃圾回收。它只是代表当某个对象不再需要时，我们顺带要执行一些操作。更加像是附加了一种event事件。
所以网络上有一种说法，IDisposable是为了释放内存。这个观念并不准确。应该形容为一种兜底更为贴切。
如果是一个完全使用托管代码的场景，整个对象图由GC管理，那确实不需要。在托管环境中，终结机制主要用于处理对象所持有的，不被GC和runtime管理的资源。
比如HttpClient，如果没有终结机制，那么当对象被释放时，GC并不知道该对象持有了非托管资源(句柄)，导致底层了socket连接永远不会被释放。
如前所述，终结器不一定非得跟非托管资源相关。它的本质是”对象不可到达后的do something“.
比如你想收集对象的创建与删除，可以将记录代码写在构造函数与终结器中
终结机制的源码
源码
namespace Example_12_1_3
{
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
TestFinalize();
Console.WriteLine("GC is start. ");
GC.Collect();
Console.WriteLine("GC is end. ");
Debugger.Break();
Console.ReadLine();
Console.WriteLine("GC2 is start. ");
GC.Collect();
Console.WriteLine("GC2 is end. ");
Debugger.Break();
Console.ReadLine();
}
static void TestFinalize()
{
var list = new List<Person>(1000);
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
list.Add(new Person());
}
var personNoFinalize = new Person2();
Console.WriteLine("person/personNoFinalize分配完成");
Debugger.Break();
}
}
public class Person
{
~Person()
{
Console.WriteLine("this is finalize");
Thread.Sleep(1000);
}
}
public class Person2
{
}
}
IL
// Methods
.method family hidebysig virtual
instance void Finalize () cil managed
{
.override method instance void [mscorlib]System.Object::Finalize()
// Method begins at RVA 0x2090
// Header size: 12
// Code size: 30 (0x1e)
.maxstack 1
IL_0000: nop
.try
{
// {
IL_0001: nop
// Console.WriteLine("this is finalize");
IL_0002: ldstr "this is finalize"
IL_0007: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
// Console.ReadLine();
IL_000c: nop
IL_000d: call string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
IL_0012: pop
// }
IL_0013: leave.s IL_001d
} // end .try
finally
{
// (no C# code)
IL_0015: ldarg.0
IL_0016: call instance void [mscorlib]System.Object::Finalize()
IL_001b: nop
IL_001c: endfinally
} // end handler
IL_001d: ret
} // end of method Person::Finalize
汇编
0199097B nop
0199097C mov ecx,dword ptr ds:[4402430h]
01990982 call System.Console.WriteLine(System.String) (72CB2FA8h)
01990987 nop
01990988 call System.Console.ReadLine() (733BD9C0h)
0199098D mov dword ptr [ebp-40h],eax
01990990 nop
01990991 nop
01990992 mov dword ptr [ebp-20h],offset Example_12_1_3.Person.Finalize()+045h (00h)
01990999 mov dword ptr [ebp-1Ch],0FCh
019909A0 push offset Example_12_1_3.Person.Finalize()+06Ch (019909BCh)
019909A5 jmp Example_12_1_3.Person.Finalize()+057h (019909A7h)
终结的流程
补充一个细节，实际上f-reachable queue 内部还分为Critical/Normal两个区间，其区别在于是否继承自CriticalFinalizerObject。
目的是为了保证，即使在AppDomain或线程被强行中断的情况下，也一定会执行。
一般也很少直接继承CriticalFinalizerObject,更常见是选择继承SafeHandle.
不过在.net core中区别不大，因为.net core不支持终止线程，也不支持卸载AppDomain。
眼见为实
使用windbg看一下底层。
1. 创建Person对象，是否自动进入finalize queue?
可以看到，当new obj 时，finalize queue中已经有了Person对象的析构函数
2. GC开始后，是否移动到F-Reachable queue?
可以看到代码中创建的1000个Person的析构函数已经进入了F-Reachable queue
sosex !finq/!frq 指令同样可以输出
3. 析构对象是否被"复活"？
GC发生前，在TestFinalize方法中创建了两个变量，person=0x02a724c0，personNoFinalize=0x02a724cc。
可以看到所属代都为0,且托管堆中都能找到它们。
GC发生后
可以看到，Person2对象因为被回收而在托管堆中找不到了，Person对象因为还未执行析构函数，所以还存在gcroot 。因此并未被回收，且内存代从0代提升到1代
4. 终结线程是否执行，是否被移出F-Reachable queue
在GC将托管线程从挂起到恢复正常后，且F-Reachable queue 有值时，终结线程将乱序执行。
并将它们移出队列
5. 析构函数的对象是否在第二次GC中释放？
等到第二次GC发生后，由于对象析构函数已经被执行，不再拥有gcroot，所以托管堆最终释放了该对象，
6. 析构函数如果没有及时执行完成，又触发了一次GC。会不会再次升代？
答案是肯定的
Finaze Queue/F-Reachable Queue 底层结构
眼见为实
每个不同的代，维护在不同的内存地址中，但彼此之间的内存地址又紧密联系在一起。
与GC代优点细微区别的是，没有LOH概念，大对象分配在0代中。Person3对象是一个 new byte[8500000]。 其他行为与GC代保持一致
终结的开销
- 如果一个类型具有终结器，将使用慢速分支执行分配操作
且在分配时还需要额外进入finalize queue而引入的额外开销 - 终结器对象至少要经历2次GC才能够被真正释放
至少两次，可能更多。终结线程不一定能在两次GC之间处理完所有析构函数。此时对象从1代升级到2代，2代对象触发GC的频率更低。导致对象不能及时被释放(析构函数已经执行完毕，但是对象本身等了很久才被释放)。 - 对象升代/降代时，finalize queue也要重复调整
与GC分代一样，也分为3个代和LOH。当一个对象在GC代中移动时，对象地址也需要也需要在finalization queue移动到对应的代中.
由于finalize queue与f-reachable queue 底层由同一个数组管理，且元素之间并没有留空。所以升代/降代时，与GC代不同，GC代可以见缝插针的安置对象，而finalize则是在对应的代末尾插入，并将后面所有对象右移一个位置
眼见为实
点击查看代码
public class BenchmarkTester
{
[Benchmark]
public void ConsumeNonFinalizeClass()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var obj = new NonFinalizeClass();
obj.Age = i;
}
}
[Benchmark]
public void ConsumeFinalizeClass()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var obj = new FinalizeClass();
obj.Age = i;
}
}
}
非常明显的差距，无需解释。
总结
使用终结器是比较棘手且不完全可靠。因此最好避免使用它。只有当开发人员没有其他办法(IDisposable)来释放资源时，才应该把终结器作为最后的兜底。
