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.Net Discovery 系列之七--深入理解.Net垃圾收集机制(拾贝篇) 发布在新年第一秒

    新年伊始,博客园新年第一秒的第一篇文章,Net Discovery 系列之七--深入理解.Net垃圾收集机制(拾贝篇),送给各位园友新年礼物,各位互勉,新年同乐,平安幸福!

    关于.Net垃圾收集器(Garbage Collection),Aicken已经在“.Net Discovery 系列”文章中有2篇的涉及,这一篇文章是对上2篇文章的补充,关于“.Net Discovery 系列”文章索引请见本文结尾。

    第一节.垃圾回收算法与完整收集(Full GC)

    垃圾收集器就是跟踪所有被引用到的对象,整理对象不再被引用的对象,回收相应的内存,它使用“标记与清除”算法,分两步回收对象:

    Step 1.Mark-Sweep :从应用程序的root出发,利用相互引用关系,遍历其在Heap上动态分配的所有对象,指明需要回收的对象,标记出那些存活的对象,予以标记。

    Step 2.Compact: 对内存中存活的对象进行移动,修改它们的指针,使之在内存中连续,这样空闲的内存也就连续了,即完成了内存释放工作,也解决了内存碎片问题,这个过程也可以成为指针的压缩。

    垃圾收集器一般将托管堆中的对象分为3代,这可以通过调用GC.MaxGeneration得知,对象按照存在时间长短进行分代,最短的分在第0代,最长的分在第2代,第2代中的对象往往是比较大的,第二代空间被称作Large Object Heap,对于2代对象的回收,与第0、1代回收方式相比最大的不同在于,没有了指针移动的压缩过程。

      

                                  图1 对象的回收

 

    如上图所示,左边的区域为第一次GC时的结构,需要注意的是GC标记的是那些存活的对象,而不是需要回收的,所以第一次回收,对象B、D没有被标记,所以被回收了,之后GC移动了对象内存指针,使空间连续。

    接下来看中间的部分,第二次GC开始了,C对象没有被标记,所以被回收了,接下来A、D、F三个对象被压缩,形成连续的内存空间,并且形成了第1、2、3代区域。

    接下来看最右边的部分,D对象没有被标记,由于D对象处于第2代中,所以回收D对象后,GC没有启动压缩步骤,因为对于大对象的指针移动,资源耗费成本很高。

    对于第2代的GC称为Full GC,新分配的对象在第0代(0代空间最大长度通常为256K),按地址顺序分配,它们通常是一些局部变量;第1代(1代空间最大长度通常为2 MB)是经过0代垃圾收集后仍然驻留在内存中的对象,它们通常是一些如表单,按钮等对象;第2代是经历过几次垃圾收集后仍然驻留在内存中的对象,它们通常是一些应用程序对象。

    可见一次Full GC需要的资源是最多的,可能是几秒或十几秒。

    托管堆的内存分配以段(Segment)为单位,CLR启动时通常为GC Heap创建2个段,分别用来存储第0、1代对象和第2代对象,以下是通过Windbg工具查看到的GC Heap情况:

 

图2 WinDbg 查看GC Heap情况

    可以看出,GC堆被分成了两个段,三代,每代起始地址十进制差值为12。

    在理解方面需要注意的是,GC回收的是程序中的引用类型,值类型是保存在堆栈之中,当值类型对象出了作用域后会自动释放内存----即弹栈,不需要垃圾收集器管理。

    第二节.GC的工作模式

    GC的工作模式分3种,Workstation GC with Concurrent GC off、 Workstation GC with Concurrent GC on、Server GC ,在.Net 2.0以上版本可以通过修改Config文件来改变GC工作模式,例如启用Server GC:

 

<configuration>
<runtime>
<gcServer enabled="true" />
</runtime>
</configuration>

 

    或者通过.Net配置工具,查看“我的电脑”节点属性可以方便的改变GC工作模式,如下图:

 

图3 GC工作模式

 

    Workstation GC without Concurrent: 用于单CPU的服务器,策略引擎会调节GC工作频率,使用挂起->查找与标记->压缩->恢复的流程进行GC工作。

    Workstation GC with Concurrent: Concurrent GC与Non Concurrent GC模式相比,有着更敏捷的反应速度,Winform应用程序和Windows services 服务程序默认采用这种模式,单CPU机器上只能使用workstation GC方式,默认为 Workstation GC with Concurrent。

    在这种模式下,第0、1代的收集仍然是要暂时挂起应用程序的,只有在收集第2代时,才会并行处理,这种并行收集是利用多CPU

对Full GC进行并行处理,具体原理是将Full GC过程切分成多个短暂子过程对线程进行冻结,在线程冻结时间之外,应用程序仍然可

以正常运行。这主要通过将0代空间设置的很大,使Full GC时,CLR仍然能够在0代中进行内存分配,如果Full GC时0代内存也已用尽,那么应用程序将被挂起,等待Full GC的完成。

    Server GC: 用于多CPU的服务器,这种GC模式有着很高的性能和效率。这种模式下,CLR为每个CPU创建一个专用的GC线程,每个CPU可以独立的为相应的heap执行GC操作,这些GC线程是以非并发的形式工作的,收集工作与线程正常工作不能同时进行,这就是说第0、1、2代的收集都会挂起应用线程。

    在.Net 4.0中,有一种新的垃圾收集机制,叫做后台收集。这种机制以concurrent GC为基础的,如上文所讲,Workstation GC with Concurrent模式中,在Full GC过程时,CLR仍然能够在0代中进行内存分配,如果Full GC时0代内存也已用尽,那么应用程序将被挂起,等待Full GC的完成。

    这个过程在后台收集机制中是这样工作的,在进行Full GC时可以同时进行第0、1代收集,并且后台收集是一个独立线程完成的,这个进程任务优先级低于第0、1代收集,如果在后台收集中需要对第0、1代收集,后台收集将会等待第0、1代收集完成后再进行工

作,当然第0、1代收集是需要短暂挂起应用的。

    后台收集还会根据策略引擎的指示,动态调节第0、1代的容量,减少前台收集(第0、1代收集)次数。

    第三节 .Net 4.0中的垃圾收集器

    在.Net 3.5 SP1中,FrameWork中新增了如下方法,并且在4.0中进行了优化,GC.RegisterForFullGCNotification 、GC.WaitForFullGCApproach 、GC.WaitForFullGCComplete 、GC.CancelFullGCNotification,这几个方法都是针对Full GC(完整收集)的。

1.GC.RegisterForFullGCNotification:这个方法将返回一个将要Full GC的信号通知,该方法有2个参数:
int maxGenerationThreshold
int largeObjectHeapThreshold
    这两个参数的含义是指的是第2代中存活的对象个数和大对象堆中对象个数,满足这两个参数后,便会引发通知,由此看来LOH也许并不是第2代,.Net GC也许也并不只是3代,
这一点在.Net Discovery 系列之三--深入理解.Net垃圾收集机制(上)中已有描述。
2.GC.CancelFullGCNotification:取消已经注册的垃圾收集通知
这两个方法调用示例:
代码
// Variable for continual checking in the
// While loop in the WaitForFullGCProc method.
static bool checkForNotify = false;

// Variable for suspending work
// (such servicing allocated server requests)
// after a notification is received and then
// resuming allocation after inducing a garbage collection.
static bool bAllocate = false;

// Variable for ending the example.
static bool finalExit = false;

// Collection for objects that
// simulate the server request workload.
static List<byte[]> load = new List<byte[]>();


public static void Main(string[] args)
{
try
{
// Register for a notification.
GC.RegisterForFullGCNotification(10, 10);
Console.WriteLine(
"Registered for GC notification.");

checkForNotify
= true;
bAllocate
= true;

// Start a thread using WaitForFullGCProc.
Thread thWaitForFullGC = new Thread(new ThreadStart(WaitForFullGCProc));
thWaitForFullGC.Start();

// While the thread is checking for notifications in
// WaitForFullGCProc, create objects to simulate a server workload.
try
{
int lastCollCount = 0;
int newCollCount = 0;
while (true)
{
if (bAllocate)
{
load.Add(
new byte[1000]);
newCollCount
= GC.CollectionCount(2);
if (newCollCount != lastCollCount)
{
// Show collection count when it increases:
Console.WriteLine("Gen 2 collection count: {0}", GC.CollectionCount(2).ToString());
lastCollCount
= newCollCount;
}

// For ending the example (arbitrary).
if (newCollCount == 500)
{
finalExit
= true;
checkForNotify
= false;
break;
}
}
}

}
catch (OutOfMemoryException)
{
Console.WriteLine(
"Out of memory.");
}
finalExit
= true;
checkForNotify
= false;
GC.CancelFullGCNotification();

}
catch (InvalidOperationException invalidOp)
{

Console.WriteLine(
"GC Notifications are not supported while concurrent GC is enabled.\n"
+ invalidOp.Message);
}
}

 

 3.GC.WaitForFullGCApproach:用来获得垃圾收集器是否将要启动完整垃圾收集的工作,该方法返回GCNotificationStatus枚举值,当枚举为Succeeded时,
你应当做一些工作,例如阻止手动调用GC.Collect()方法,以免浪费资源。
该方法应与GC.WaitForFullGCComplete()同时使用,以确定CLR执行了完整垃圾收集。
代码
// 查看是否将启动完整收集
GCNotificationStatus s = GC.WaitForFullGCApproach();
if (s == GCNotificationStatus.Succeeded)
{
//do not GC.Collect()
}
else if (s == GCNotificationStatus.Canceled)
{
// GC.Collect()
}

 

 4.GC.WaitForFullGCComplete:
用来获得垃圾收集器是否已经完成完整垃圾收集: 
代码
GCNotificationStatus s = GC.WaitForFullGCApproach ();
s
= GC.WaitForFullGCComplete ();
if (s == GCNotificationStatus.Succeeded) //已经完成了Full GC
{
//do not GC.Collect()
}
else if(s == GCNotificationStatus.Canceled)
{
// GC.Collect()
}

 

 

我是李鸣(Aicken) 请您继续关注我的下一篇文章。

 

    “.Net Discovery 系列”推荐:

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     .Net Discovery 系列之四--深入理解.Net垃圾收集机制(下)

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posted on 2010-01-01 00:01 Aicken(李鸣) 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏