C#性能优化基础：内存诊断（dump）

  接上一篇：C#性能优化基础：垃圾回收机制

  本文说下怎么去查找内存问题，举个例子，我们有这样的一段程序：

    namespace ConsoleApp1
    {
        internal class Program
        {
            static List<Demo> Demos { get; } = new List<Demo>();

            static void Main(string[] args)
            {
                while (true)
                {
                    Console.Write($"请输入要创建的对象个数(已有对象{Demos.Count}个)：");
                    var line = Console.ReadLine();
                    if (int.TryParse(line, out var count))
                    {
                        while (count-- > 0)
                        {
                            Demos.Add(new Demo() { Value7 = new Demo[] { new Demo() } });
                        }
                    }
                    else
                    {
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        internal class Demo
        {
            public string Value1 { get; set; } = Guid.NewGuid().ToString("N");
            public string Value2 { get; set; } = Guid.NewGuid().ToString("N").PadRight(100000, '-');
            public int Value3 { get; set; } = new Random().Next(1, 100);
            public DateTime Value4 { get; set; } = DateTime.Now;
            public bool? Value5 { get; set; } = new Random().Next(0, 2) == 1;
            public DayOfWeek Value6 { get; set; } = (DayOfWeek)(new Random().Next(0, 7));
            public Demo[] Value7 { get; set; }
        }
    }

  代码很简单就不说了，我们在linux下去运行这段代码，为什么是linux呢，因为windows的下方法是差不多的，linux命令更方便展示些。

  首先，我们需要安装dotnet，我这边用的.net6，安装在/opt/dotnet目录，更多版本可以去官网下载sdk：https://dotnet.microsoft.com/en-us/download

  接着我们需要配置dotnet的安装目录：

    # 需要在/etc/dotnet/install_location中配置
    sudo mkdir /etc/dotnet
    echo /opt/dotnet > /etc/dotnet/install_location

  如果不配置，后续可能会出现下面的异常：

  

  然后去官网下载我们需要的工具：

  下载dotnet-counters ：https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/diagnostics/dotnet-counters

  下载dotnet-dump：https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/diagnostics/dotnet-dump

  我们可以直接下载linux下的可执行文件，把它放到dotnet的安装目录即可。

  然后我们把项目运行起来，通过dotnet-counters命令可以查看当前服务器上运行dotnet程序：sudo ./dotnet-counters ps

  

  我这里采用run命令运行项目的，这样我们就拿到了前面的进程ID（那个demo的项目名）。

  

  注：有人可能会想，如果只为了拿进程ID，我们可以同top、ps命令都可以，确实是的，但是那样拿到的命令不一定有用，因为它要求我们的dotnet程序和dotnet-counters在同一个域，比如程序运行在服务单元，但是dotnet-counters运行在shell，那么可能获取不到程序的信息，即上面的命令输出可能没有dotnet进程的信息。

  然后我们还可以通过dotnet-counters命令查看程序进程内部的内存变化：sudo dotnet-counters monitor --refresh-interval=1 -p 361706，结果大概如下图：

  

  我们关注几个指标就好了：

    GC Heap Size (MB) ：堆内存大小
    Gen X GC Count (Count / 1 sec)：第X代垃圾数量
    Gen 0 Size (B)：第X代垃圾大小
    LOH Size (B)：大对象堆的大小

  接下来我们可以通过dotnet-dump来生成转储文件来查看内存中的数据了（转储文件可以理解为此刻内存的一个快照，把它收集到文件里面方便查看）：

    # 生成转储文件
    sudo ./dotnet-dump collect -p 361706
    # 分析转储文件，core_20250906_175409是上面生成的转储文件
    sudo ./dotnet-dump analyze core_20250906_175409

  

  分析查看命令常用的有下面这些（更多命令可以参考官网：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/tools/sos-dll-sos-debugging-extension）

    dumpheap：过滤、统计、打印内存数据信息
        -stat：统计内存数据，一般按照方法表展示（方法表可以理解为就是类型，一个类型的所有数据放在一起就是方法表）
        -mt：指定要展示的方法表
        -min：内存的最小值
        -max：内存的最大值
        -type：指定包含的类型，建议类型的完整形式，包括明明空间，如：System.String
        -live：只列出还活动的内存数据
        -strings：统计字符串数据的信息
        -short：将输出限制为只是每个对象的地址

    dumpobj：显示有关指定地址处的对象的信息。 DumpObj 命令显示对象的字段、EEClass 结构信息、方法表和大小。可简写成do
        -nofields：可阻止显示对象的字段，它对 String 这样的对象很有用。
    
    dumparray：检查数组对象的元素，可简写成da
        -start：选项指定开始显示元素的起始索引。
        -length：选项指定要显示的元素数量。
        -details：选项使用 dumpobj 和 dumpvc 格式显示元素的详细信息。
        -nofields：选项可阻止显示数组。 此选项仅在指定 -details 选项后可用。
        
    dumpvc：显示有关指定地址处的值类字段的信息。
    
    dc：查看字符串数据，对于大字符串比较有效
    
    gcroot：显示有关对指定地址处的对象的引用（或根）的信息

  接下来逐个展示一下他们的用法：

    # 统计每个方法表的对象个数和总内存
    dumpheap -stat
    # 统计每个方法表还活动的大对象的个数和总内存
    dumpheap -stat -min 85000 -live
    # 统计大字符串的个数和内存大小
    dumpheap -strings -min 85000
    # 查看某个方法表的数据
    dumpheap -mt 7f0af83bd2e0
    # 查看某个方法表的大对象数据
    dumpheap -mt 7f0af83bd2e0 -min 85000 -live
    # 查看某个类型的数据
    dumpheap -type System.String

  比如我们查看包含Demo类型的数据：dumpheap -type Demo

  

  上图说我们Demo类有三个地方：List<Demo>（1个）、Demo[]（3个）、Demo对象（2个），它们的地址也在上面列出来了

  我们现在逐个来对应他们的关系，最外层肯定是List<Demo>数组对象，所以我们可以查看一下链表数据（因为链表属于对象，所以用do查看）：do 7f72c8008dd0

  

  可以看到List<Demo>数组对象里面有三个字段，里面的_item字段记录的就是一个Demo[]数组对象（地址7f72c805eb30），这也解释了为什么会有三个数组对象的原因。

  我们接着去看_item字段里面是什么（因为是数组，所以用dumparray）：dumparray 00007f72c805eb30

  

  可以看到这个数组有四个元素，但是只有第一个有数据，其他都是null，我们明明至添加了一个，为什么有四个？读者可自行思考下。

  我们接着看第一个元素里面是什么（数组里面是Demo对象，所以用do查看）：do 00007f72c8014ac8

  

  可以看到对象里面的所有字段，我们可以逐个检查：

  Value3是int数值类型，值是78，Value6是美剧类型，值是4，都已经打印出来了。

  Value1和Value2是字符串，可以通过do查看：

  

  可以看到Value2的结果没有打印出来，因为结果太长了，我们可以换个方式打印，通过dc命令，通过上图得到Value2的长度是100000，那么我们执行：dc -c 100100 -w 100100 00007f72d7fff038 ，这样我们就把所有的字符串都打印出来了。

  Value4是DateTime结构体，但是内存里面是一个地址，所以我们不能用do，应该用dumpvc 去查看：dumpvc 00007f72fe0c8668 00007f72c8014af0

  

  可以看到它只有一个_dateData的long类型数据，它其实就是DateTime的Tick属性。

  Value5是Nullable，它是机构体，所以应该通过dumpvc查看：dumpvc 00007f72fe0c8950 00007f72c8014af8

  

  Value7是数组，我们可以用dumparray查看，这就回到上面的情况了，这里就不解释了

  最后，gcroot也可以演示一下，比如对于Value7，我们执行： gcroot 00007f72c805e948

  

  它告诉我们地址是怎么关联引用的。

  

  总结

  本文只是介绍怎么去处理内存问题，如果碰到内存过高或者没有释放，我们可以通过dump去查原因。

  当然我们可以通过VS去分析，但是如果是开发环境还好，如果是生产环境，转储文件一般比较大，因为本来就是要处理内存大的原因，而转储文件就是内存的快照，自然就大了，文件一大就不方便搬运。。。