《CLR via C#》笔记——垃圾回收
2012-07-31 20:58 xiashengwang 阅读(1268) 评论(0) 编辑 收藏 举报本篇目录
1，垃圾回收的基本概念
1.1 小对象堆和大对象堆
我们都知道，CLR将我们的引用类型分配到托管堆上。这里指的托管堆实际是一个笼统的称呼。它实际是由一个小对象堆（small object heap，SOH）和一个大对象堆（large object heap，LOH）组成的。为对象分配空间时，将对象分为小对象（small object）和大对象（large object）。在NET Framework 1.1 和2.0中，超过85,000 bytes的对象就被称为大对象。很显然，LOH用于存储我们的大对象。对于85,000bytes这个数值，并不那么绝对。CLR内部可能会调节这个值，小于这个值的大对象也会分配到LOH中。堆中包含一个NextObjPtr指针，它总是指向堆末端最后一个有效对象之后的位置。
1.2 垃圾回收中的“代”
.Net垃圾回收器采用的是基于代（generagion）的垃圾回收机制。它做出了如下的假设：对象越新，生存期越短；对象越老，生存期越长；回收堆的一部分，速度快于整个堆。共分为3代：0代、1代、2代。最新分配的小对象，都属于0代。垃圾回收执行一次后，仍然存活的对象被划为1代；执行第二次后还能存活的，被划入2代；执行三次及以上还能存活的，还是属于2代（这是最顶级了，不能再高了）。
CLR初始化时，会为每一代初始化一个阀值，例如：0代（256kb），1代（2M），2代（16M）。当每一代的对象超过这个阀值时，就会执行一次垃圾回收。另外要注意，执行1代的垃圾回收会包括0代，执行2代的垃圾回收会包括1代和0代。执行2代的垃圾回收相当于是对整个托管堆的垃圾回收。
代数越小，它的阀值也越小。由于每次超过阀值就会自动执行垃圾回收，所以它的垃圾回收频率自然也最高。
1.3 堆和“代”的关系
小对象堆上创建的对象都属于0代。大对象堆上创建的对象都属于2代。我们不能创建一个1代的对象。只有垃圾回收器回收一次后仍然存活的对象才能成为1代。所以，小对象堆上可能同时存在0，1，2代的对象。
2，啥时执行垃圾回收？
- 第0代满时 ，这是最常见的一种方式。因为随着应用程序代码运行并分配新对象，这个事件会自然而然的发生。
- 代码显示调用System.GC的静态方法。代码显示的请求CLR执行垃圾回收。
- Window报告内存不足。CLR强制执行垃圾回收，尝试释放已经死亡的对象，从而减少应用程序的占用的内存。
- CLR卸载AppDomain。一个AppDomain被卸载，CLR认为该AppDomain中不再存在任何根，因此会对所有代的对象执行垃圾回收。
- CLR关闭。一个进程正常终止时（不是从任务管理器强制关掉），CLR认为进程中不存在任何根，因此会调用所有对象的Finalize方法。但不会执行压缩和释放内存，进程终止后，由Windows来回收内存。
3，垃圾回收器是如何工作的？
垃圾回收主要由标记(marking)无效对象，压缩(compact)，执行终结器(Finalize)队列，回收内存等几个主要步骤。
首先，垃圾回收器必须要知道一个应用程序是否在使用一个对象，那它是怎么知道的呢？这里牵涉到一个概念：根(root)。应用程序都包含一组根，每个根是一个存储位置，其中包含指向引用类型对象的一个指针。这个指针，要么指向托管堆的一个对象，要么为null。包含根的位置只有：静态字段、方法参数、局部变量、CPU寄存器。
3.1标记无效对象。
垃圾回收开始时，会假设堆中所有的对象都是垃圾。然后逐一检查所有根。如果一个根引用了一个对象，就会在该对象的“同步块索引字段”上开启一位标志——对象就是这样被标记的。如果根引用的对象又引用了其他的对象，垃圾回收器会沿着这条路进行递归的标记。没有被标记的对象就成了无效对象。为了避免出现无限循环，对已经标记的对象，就不会沿着这条路走下去。
3.2 压缩阶段。
垃圾回收器线性遍历堆，寻找未标记对象的连续内存块。如果该内存块较小，垃圾回收器会忽略它；如果内存块较大，垃圾回收器就会把非垃圾对象移动到这里以压缩堆。这样就可以使得堆的末端始终腾出足够的空间以分配新的对象。这里有一个例外，大对象堆中进行垃圾回收时不会进行压缩处理，这是由于大对象的移动代价过于昂贵。压缩阶段还会更新一些对象的引用，因为新对象被移动到了新的位置，参照这些对象的引用都需要更新为新的位置。
3.3 终结揭秘
终结(finalization)是CLR提供的一种机制，允许对象在被垃圾回收器回收其内存之前执行一些必要的清理操作。通常是清理一些非托管的资源（如文件，网络连接，互斥体等）。一个类型只要实现了一个叫Finalize的方法，垃圾回收器在回收对象时就会调用这个方法，以保证这个对象在“临死之前还能吃上最后一顿”。对于C#来说，这个方法的定义是在类名前加一个～符号。
public class SomeType { ~SomeType(){ //这里的代码会进入Finalize方法 } }
从表面上看，终结操作似乎很简单：创建一个对象，当它被回收时，调用它的Finalize方法。但一旦深入研究，就会发现它远非那么简单。应用程序在创建对象时，如果发现它的类型定义了Finalize方法，就会在它的构造器调用之前，将该对象的一个指针放到一个终结列表(finalizaton list)中。终结列表是垃圾回收器控制的一个数据结构。如果一个对象被判定为垃圾，垃圾回收器会扫描终结列表，查找指向垃圾对象的指针。如果找到该指针，就会把它移除，并追加到一个freachable队列中。freachable队列也是垃圾回收器的一个内部数据结构，CLR启动一个特殊的高优先级的线程来专门执行freachable队列中对象的Finalize方法。
当一个对象不可达时，垃圾回收器将其视为垃圾。但是，当垃圾回收器将对象的引用从终结列表移至freachable队列时，对象不再被视为垃圾，其内存不能被回收。标记freachable对象时，这些对象的引用类型字段引用的对象也会被递归的标记，所有这些对象又从垃圾回收的过程中“复活”了。然后，垃圾回收器开始压缩内存，特殊的线程清空freachable队列，并执行每个对象的Finalize方法。垃圾回收器下一次调用时，会发现已终结的对象成为真正的垃圾，因为应用程序的根不再指向它，freachable队列也不再指向它。所以，这些对象的内存会被直接回收。在整个过程中，注意可终结的对象执行两次垃圾回收才能释放它们的内存，由于对象可能被提升至另一代，所以可能还不止两次垃圾回收。
4 ，Dispose模式：强制对象清理资源
Finalize方法非常有用，它保证了当托管对象被释放时，本地资源不会泄漏。但Finalize的问题在于，它的调用时间是没有保证的，也就是不确定的。并且它不是一个公共的方法，不能显示的调用它。
类型如果需要显示的、确定的清理资源，需要实现Dispose模式。Dispose模式较为复杂，大致的实现方式如下：
public class SomeType : IDisposable { //这是一个标记，表明对象已经释放 private bool _diposed = false; //这个方法是可选的，它的功能和Dispose方法一样 //主要是为了那些不熟悉Dispose模式的用户调用 public void Close() { Dispose(true); } //该方法实现IDispose的Dispose //调用这个公共方法来确定性地关闭资源 public void Dispose() { Dispose(true); } ~SomeType() { //调用实际执行清理的方法 Dispose(false); } //这个一个执行清理的常用方法 //Finalize，Dispose，Close都要调用这个方法 //如果这个类是密封的（sealed）,protected virtual 应改为private protected virtual void Dispose(Boolean disposing) { //如果已经释放，直接返回 if (!_diposed) { if (disposing) { //在这个if语句中，对象正在被显示的dispose，可以访问对象的字段 //因为Finalize方法还没有执行，所以在这里可以释放托管资源 } //在这里释放本地资源（如文件，套接字等） _diposed = true; //阻止调用Finalize方法 GC.SuppressFinalize(this); } } }
有几点需要说明，任何实现了IDispose接口的类型，就相当于声称自己遵循Dispose模式。无参Dispose方法和Close方法应该可以被多次调用而不抛出异常，第二次调用只是简单的返回。对于GC.SuppressFinalize(this);这句代码是为了阻止Finalize方法被再次调用。如果是从Dispose方法和Close方法显示调用来释放对象，确实不应该再调用Finalize方法。但如果没有从这两个方法显示释放对象，对象就会从Finalize方法来释放对象，可能有人会觉得在Finalize方法中再次调用GC.SuppressFinalize(this);会出问题。但这样不会有任何问题，因为对象已经处于被终结过程中。调用GC.SuppressFinalize(this)方法，会设定与this关联的对象的一个标志位，有了这个标志位，CLR就知道从终结列表移除该对象的指针时，不应该将该对象的指针添加到freachable队列，从而阻止调用对象的Finalize方法。
