.NET读书学习笔记整理----垃圾回收
以下呢我个人整理的读书笔记，我主要看了三本书分别是：
Andrew Troelsen《C#与.NET3.5高级程序设计（第四版）》
Jeffrey Richter 《Microsoft.NET框架程序设计》
王涛 《你必须知道的.NET》
个人认为要把.NET垃圾回收讨论清楚，可以将“垃圾回收”分开来讨论-即“垃圾”与“回收”。所以可以从两方面来讨论：
1、关于垃圾：
1.1、什么是垃圾？
1.2、 垃圾在哪儿？
1.3、CLR如何寻找垃圾？
2、关于回收：
2.1、为什么要回收垃圾？
2.2、什么时候回收？
2.3、如何回收？
2.4、回收多少？
我们将一一讨论上面的问题：
l 什么是垃圾？
垃圾？很简单，就是不在被需要的东西。在.NET下垃圾是指那些不再被任何对象引用的对象或资源。也就是不再被任何对象需要的东西就会被认为是垃圾。
l 垃圾在哪儿？
如果我们要回收垃圾当然要知道垃圾在哪儿，才好对症下药。CLR分配内存时会将对象分配在以下几个地方：
- 线程堆栈：值类型分配于线程堆栈上，值类型对象和引用对象是不同的，其并不受GC管理，它主要由我们的操作系统管理。当值类型对象所在的方法结束时，其占用的内存空间便自动释放。
- GC堆（垃圾回收堆）：用于分配大小小于85000字节的引用类型对象，其受GC管理，当第0代（generation代龄，GC使用代龄来提高回收效率）充满时会引发垃圾回收。
- LOH（Large Object Heap大对象堆）：用于分配不小于85000字节的对象，大对象堆不会被压缩，因为搬移大对象的代价很高会话很多CPU时间影响系统性能。还有就是大对象堆总是第2代。
现在我们来讨论引用类型对象的内存分配，当我们新建引用对象时如：
Student stu=new Student();
这样的语句在程序中非常常见，C#允许我们在定义变量时就实例化该变量。其实以上语句可以分为两个步骤。
首先，Student stu；该语句新建了一个Student类型的变量stu，它是一个指向Student类型的引用（也就是一个指针），但现在它还是空的（null）。
然后是new Student()语句。new关键字将会触发CIL的newobj指令（String与数组对象除外）。newobj会完成 以下几个步骤：
- 计算实例化该类型所有字段所需的字节总数（包括其基类的所有字段一直计算到System.Object类）。
- 实例化对象的两个附加类型TypeHandle和SyncBlockIndex，（TypeHandle：指向加载堆（Loader Heap）中该类型的方法表；SyncBlockIndex：用于管理线程同步的变量。）因此类型的字节总数还需要加上这两个附加类型的字节数，总共8个字节（32位CPU，64位为16字节）。
- CLR检查托管堆中是否有足够的空间来分配将要到来的对象，如果空间充足，则将其分配到NextObjPtr（下一个对象指针，总是指向下一个将要创建的对象的地址）指向的位置，然后调用类型构造器，同时NextObjPtr的值会传递给this参数，接着NextObjPtr重置，越过新创建的对象重新指向下一个将要创建的对象的地址，最后newobj指令返回所分配的内存地址；如果没有足够空间则会引发垃圾回收。
l CLR如何寻找到垃圾？
其实呢我们每个应用程序都有一组根，根是一个存储位置，保存着一个指向引用类型的内存指针，该指针指向托管堆中的对象。如全局变量、静态变量都会被认为是一个应用程序根。实际上，GC就是通过应用程序的根来寻找到可回收的垃圾的。
当垃圾回收开始时，GC会遍历所有的应用程序的份。如果某个对象有根的引用，那么这个对就被认为是可达的（reachable），最终GC会将所有可达对象全部找到并形成一个可达对象图。可达对象图以外的对象会被认为是可回收的垃圾。例如下图：
如图：GC遍历所有的应用程序的根是将会发现A、C、E、G是有根 的，GC会认为这些对象是可达的，所以GC将会把A、C、E、G加入到可达对象图中，然而A又引用着B，所以B也是可达的，因而B也会被加入到可达对象图。
当GC检查完所有的根，它将得到完整的可达对象图，任何不在该图中的对象将会被认为是可回收的垃圾。接着GC会线性遍历包含着可回收对象的连续内存区块，如果GC遍历到较大的连续区块，GC将会压缩托管堆，把一些非垃圾对象搬移到这些连续的空间里，以避免出现内存碎片。搬移对象时GC会负责更新搬移对象的根，使其指向半以后的位置，同时也将更新NextObjPtr的位置，让其指向下最后一个对象的下一个内存地址。
l 为什么要回收垃圾？
垃圾回收的目的是合理的利用内存，提升系统效率，防止内存泄露。有时我们忘记释放内存，还可能造成数据丢失。例如我们使用FileStream类访问文件，以BinaryWriter写入数据时，如果忘记显示释放资源空间就很容易造成数据丢失。FileStream类使用内存缓冲来提升效率，只有当缓冲区充满时BinaryWriter对象才会向文件中写入数据。由于FileStream类实现了终结器所以如果FileStream对象先于BinaryWriter对象被终结的话，缓冲区数据就会丢失。（这在Jeffrey Richter 《Microsoft.NET框架程序设计》一书的19.4.3节中有详细解释）
l 什么时候回收？
- 托管堆没有多余的空间来分配将要分配的对象（实际上就是第0代充满时）
- 使用GC.Collect()方法强制垃圾回收。
- Windows内存不足。
- CLR卸载AppDomain（应用程序域）时。
- 其他情况。
l 如何回收？
在.NET平台下，CLR会自动的为我们回收托管堆中的垃圾，不需要我们自己显示的去清楚对象占用的空间。当垃圾回收时，GC会启动垃圾回收线程，并挂起或劫持其他线程以回收对象。这些都是自动的，不需要程序员操心，但这是针对托管资源而言，很多时候我们会用到很多非托管资源，这些对象的资源很宝贵，不及时清除很容易拖累内存，甚至造成其它我们不期望的后果（比如内存泄露，数据丢失等）。所以我们需要在对象被清除以前将对象的资源清除掉。常见的非托管资源有套接字、数据库连接、网络连接、文件等等，对于非托管资源的清理，.NET提供了两种方式：终结模式和Dispose模式。这两种方式都是通过Win32的CloseHandle()方法实现的。
² 终结模式：
终结模式即是对System.Object.Finalize()方法的重写实现。Finalize()方法是Object类的虚方法，其本身没有提供任何实现，子类要实现终结模式就必须重写该方法。但奇怪的是微软并不提供Finalize()显式重写，而且在VS2010中智能感知系统根本就不提示Finalize方法。Finalize()方法被设计成了一个特殊方法，要重写该方法只能通过析构器语法去实现。
终止化有很多缺点：
- 我们无法控制终止化的时间和顺序。C#中的终结器由GC负责调用，GC只会在垃圾回收的前一步调用对象的终结器，这样几乎没办法及时的释放资源空间。而且对象的终结器执行顺序无法保证，很有可能出现一个对象访问一个已经被终止化的对象，这会引起异常。
- CLR为终止化提供一个特殊终止化线程，这必然影响系统性能。
- 终止化对象执行需要较长的时间，切需要额外内存空间。因为终止化对象的引用需要保存到终止化链表上，终止化执行时需要遍历该表，并形成一个终止化可达队列的内部数据结构。终止化执行时会将继承链上的对象全部终结，这也是执行时间长的原因。
- 终止化会托大对象的代龄。
- 终止化可能不会执行。
² Dispose模式：
Dispose模式是一种显式释放对象资源的有效方法。实现Dispose模式需要实现IDisposable接口，其提供了Dispose方法。.NET中的有非托管资源的类型都实现了Dispose方法，其中部分类型同时实现了终结器和Dispose方法，所以在使用这些类型时一定不能忘记使用Dispose方法释放对象的资源，否则便会陷入终结器麻烦中。.NET中的部分类型实现了Dispose方法的同时还提供了Close方法，它们没有任何区别，仅仅是Close方法调用了Dispose而已，大概是微软工程师们认为Close比Dispose更亲切吧！
l 回收多少？
关于这个问题我们必须要了解代龄的概念。GC将垃圾回收堆分为3代，即第0代、第1代、第2代，如图：
每一代都有自己的容量的最大值叫做阙值容量，默认情况下，第一代的阙值容量为256K，第1代为2M，第2代为10M。具体情况可能与此不同，因为GC会自动调节代的阙值容量。例如，如果一次垃圾回收后，存活下来的对象很少，那么GC可能会将第0代的阙值容量由256K调整为128K。
在一次垃圾回收中，在第0代中存活下来的对象会被移到第1代中，在第1代中存活下来的对象会被移到第2代中。GC总是回收第0代中的垃圾而忽略其他的代，只有第1 代充满时才会回收第1代，第1代被回收时第0代也会被回收，第2代也是如此。
posted on 2011-04-20 11:48 ly-newyear 阅读(296) 评论(0) 编辑 收藏 举报
