.NET.GC 浅谈.net托管程序中的资源释放问题

熟悉.NET的开发者们应该都知道里面有一个GC.Collect()吧,它的功能就是强制对所有代进行垃圾回收。下面介绍与之相关的几个术语:

何谓代？

代是指托管内存中不同的区域，对象越老位于的代越靠后，比如：第一次垃圾回收后某个对象未被回收，它可能就会从0代移动到1代，以此类推。
何谓垃圾？

垃圾就是只没有任何对象再和他有引用关系，专业点说就是从这个对象开始找其引用，一直找，如果找到它正在引用一个根，那么这个就是不是垃圾，如果找不到根则这个对象就是垃圾。

何谓根？

根就是指一个存储位置，包含指向某个引用类型的指针。比如静态变量，全局变量就是根，当前寄存器里面的对象就是根，还有当前调用栈上的参数，局部变量都是根。

另外，垃圾回收开始的时候当前所有线程都将被挂起，开始收集托管堆上的垃圾，收集完了还要压缩内存，然后等待垃圾回收结束以后再恢复这些线程，从这个角度来说，还是少调用垃圾回收，但是不是不能调，要视情况而定。

GC.Collect()的一般用法如下面源码如示:

dpFormulaList.Clear();
dpFormulaList = null;
inputs.Clear();
inputs = null;
GC.Collect();

 

便于对文章的开展，需要先明确两个概念。
第一个就是很多人用.Net写程序，会谈到托管这个概念。那么.Net所指的资源托管到底是什么意思，是相对于所有资源，还是只限于某一方面资源？很多人对此不是很了解，其实.Net所指的托管只是针对内存这一个方面，并不是对于所有的资源；因此对于Stream，数据库的连接，GDI+的相关对象，还有Com对象等等，这些资源并不是受到.Net管理而统称为非托管资源。而对于内存的释放和回收，系统提供了GC-Garbage Collector，而至于其他资源则需要手动进行释放。

那么第二个概念就是什么是垃圾，通过我以前的文章，会了解到.Net类型分为两大类，一个就是值类型，另一个就是引用类型。前者是分配在栈上，并不需要GC回收；后者是分配在堆上，因此它的内存释放和回收需要通过GC来完成。GC的全称为“Garbage Collector”,顾名思义就是垃圾回收器，那么只有被称为垃圾的对象才能被GC回收。也就是说，一个引用类型对象所占用的内存需要被GC回收，需要先成为垃圾。那么.Net如何判定一个引用类型对象是垃圾呢，.Net的判断很简单，只要判定此对象或者其包含的子对象没有任何引用是有效的，那么系统就认为它是垃圾。

明确了这两个基本概念，接下来说说GC的运作方式以及其的功能。内存的释放和回收需要伴随着程序的运行，因此系统为GC安排了独立的线程。那么GC的工作大致是，查询内存中对象是否成为垃圾，然后对垃圾进行释放和回收。那么对于GC对于内存回收采取了一定的优先算法进行轮循回收内存资源。其次，对于内存中的垃圾分为两种，一种是需要调用对象的析构函数，另一种是不需要调用的。GC对于前者的回收需要通过两步完成，第一步是调用对象的析构函数，第二步是回收内存，但是要注意这两步不是在GC一次轮循完成，即需要两次轮循；相对于后者，则只是回收内存而已。

很明显得知，对于某个具体的资源，无法确切知道，对象析构函数什么时候被调用，以及GC什么时候会去释放和回收它所占用的内存。那么对于从C、C++之类语言转换过来的程序员来说，这里需要转变观念。

那么对于程序资源来说，我们应该做些什么，以及如何去做，才能使程序效率最高，同时占用资源能尽快的释放。前面也说了，资源分为两种，托管的内存资源，这是不需要我们操心的，系统已经为我们进行管理了；那么对于非托管的资源，这里再重申一下，就是Stream，数据库的连接，GDI+的相关对象，还有Com对象等等这些资源，需要我们手动去释放。

如何去释放，应该把这些操作放到哪里比较好呢。.Net提供了三种方法，也是最常见的三种，大致如下：
<!--[if !supportLists]-->1．  <!--[endif]-->析构函数；
<!--[if !supportLists]-->2．  <!--[endif]-->继承IDisposable接口，实现Dispose方法；
<!--[if !supportLists]-->3．  <!--[endif]-->提供Close方法。

经过前面的介绍，可以知道析构函数只能被GC来调用的，那么无法确定它什么时候被调用，因此用它作为资源的释放并不是很合理，因为资源释放不及时；但是为了防止资源泄漏，毕竟它会被GC调用，因此析构函数可以作为一个补救方法。而Close与Dispose这两种方法的区别在于，调用完了对象的Close方法后，此对象有可能被重新进行使用；而Dispose方法来说，此对象所占有的资源需要被标记为无用了，也就是此对象被销毁了，不能再被使用。例如，常见SqlConnection这个类，当调用完Close方法后，可以通过Open重新打开数据库连接，当彻底不用这个对象了就可以调用Dispose方法来标记此对象无用，等待GC回收。明白了这两种方法的意思后，大家在往自己的类中添加的接口时候，不要歪曲了这两者意思。

接下来说说这三个函数的调用时机，我用几个试验结果来进行说明，可能会使大家的印象更深。
首先是这三种方法的实现，大致如下：

    ///<summary>

    /// The class to show three disposal function

    ///</summary>

    public class DisposeClass:IDisposable

    {

        public void Close()

        {

            Debug.WriteLine( "Close called!" );

        }

        ~DisposeClass()

        {

            Debug.WriteLine( "Destructor called!" );

        }

        #region IDisposable Members

        public void Dispose()

        {

            // TODO:  Add DisposeClass.Dispose implementation

            Debug.WriteLine( "Dispose called!" );

        }

        #endregion

    }

对于Close来说不属于真正意义上的释放，除了注意它需要显示被调用外，我在此对它不多说了。而对于析构函数而言，不是在对象离开作用域后立刻被执行，只有在关闭进程或者调用GC.Collect方法的时候才被调用，参看如下的代码运行结果。

        private void Create()

        {

            DisposeClass myClass = new DisposeClass();

        }

        private void CallGC()

        {

            GC.Collect();

        }

        // Show destructor

        Create();

        Debug.WriteLine( "After created!" );

        CallGC();

运行的结果为：

After created!

Destructor called!

显然在出了Create函数外，myClass对象的析构函数没有被立刻调用，而是等显示调用GC.Collect才被调用。

对于Dispose来说，也需要显示的调用，但是对于继承了IDisposable的类型对象可以使用using这个关键字，这样对象的Dispose方法在出了using范围后会被自动调用。例如：

    using( DisposeClass myClass = new DisposeClass() )

    {

        //other operation here

    }

如上运行的结果如下：
Dispose called!

那么对于如上DisposeClass类型的Dispose实现来说，事实上GC还需要调用对象的析构函数，按照前面的GC流程来说，GC对于需要调用析构函数的对象来说，至少经过两个步骤，即首先调用对象的析构函数，其次回收内存。也就是说，按照上面所写的Dispose函数，虽说被执行了，但是GC还是需要执行析构函数，那么一个完整的Dispose函数，应该通过调用GC.SuppressFinalize(this )来告诉GC，让它不用再调用对象的析构函数中。那么改写后的DisposeClass如下：

    ///<summary>

    /// The class to show three disposal function

    ///</summary>

    public class DisposeClass:IDisposable

    {

        public void Close()

        {

            Debug.WriteLine( "Close called!" );

        }

        ~DisposeClass()

        {

            Debug.WriteLine( "Destructor called!" );

        }

        #region IDisposable Members

        public void Dispose()

        {

            // TODO:  Add DisposeClass.Dispose implementation

            Debug.WriteLine( "Dispose called!" );

            GC.SuppressFinalize( this );

        }

        #endregion

    }

通过如下的代码进行测试。

        private void Run()

        {

            using( DisposeClass myClass = new DisposeClass() )

            {

                //other operation here

            }

        }

        private void CallGC()

        {

            GC.Collect();

        }

 

        // Show destructor

        Run();

        Debug.WriteLine( "After Run!" );

        CallGC();

运行的结果如下：

Dispose called!

After Run!

 

显然对象的析构函数没有被调用。通过如上的实验以及文字说明，大家会得到如下的一个对比表格。

	析构函数	Dispose方法	Close方法
意义	销毁对象	销毁对象	关闭对象资源
调用方式	不能被显示调用，会被GC调用	需要显示调用 或者通过using语句	需要显示调用
调用时机	不确定	确定，在显示调用或者离开using程序块	确定，在显示调用时

那么在定义一个类型的时候，是否一定要给出这三个函数地实现呢。

我的建议大致如下。

1． 提供析构函数，避免资源未被释放，主要是指非内存资源；

2． 对于Dispose和Close方法来说，需要看所定义的类型所使用的资源（参看前面所说），而决定是否去定义这两个函数；

3． 在实现Dispose方法的时候，一定要加上“GC.SuppressFinalize( this )”语句，避免再让GC调用对象的析构函数。

 

C#程序所使用的内存是受托管的，但不意味着滥用，好地编程习惯有利于提高代码的质量以及程序的运行效率。