C#.Net 垃圾回收机制GC详解

时间：2021-02-17 00:01:08

【优点】
1.提高软件系统的内聚。
2.降低编程复杂度，使程序员不必分散精力去处理析构。
3.不妨碍设计师进行系统抽象。
4.减少由于内存运用不当产生的Bug。
5.成功的将内存管理工作从程序的编写时，脱离至运行时，使不可预估的管理漏洞变为可预估的。

【算法工作原理】
垃圾收集器的本质,就是跟踪所有被引用到的对象，整理不再被引用的对象，回收相应的内存。
这听起来类似于一种叫做“引用计数(Reference Counting)”的算法，然而这种算法需要遍历所有对象，并维护它们的引
用情况，所以效率较低些，并且在出现“环引用”时很容易造成内存泄露。所以.Net中采用了一种叫做“标记与清除
(Mark Sweep)”算法来完成上述任务。

“标记与清除”算法，顾名思义，这种算法有两个本领：

“标记”本领——垃圾的识别：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，没有被引用的对象不被标记，即成为垃圾；存活的对象被标记，即维护成了一张“根-对象可达图”。其实，
CLR会把对象关系看做“树图”，无疑，了解数据结构的都知道，有了“树图”的概念，会加快遍历对象的速度。

检测并标记对象引用，是一件很有意思的事情，有很多方法可以做到，但是只有一种是效率最优的，.Net中是利
用栈来完成的，在不断的入栈与出栈中完成检测：先在树图中选择一个需要检测的对象，将该对象的所有引用压栈，
如此反复直到栈变空为止。栈变空意味着已经遍历了这个局部根(或者说是树图中的节点)能够到达的所有对象。树图
节点范围包括局部变量(实际上局部变量会很快被回收，因为它的作用域很明显、很好控制)、寄存器、静态变量，这
些元素都要重复这个操作。一旦完成，便逐个对象地检查内存，没有标记的对象变成了垃圾。

“清除”本领——回收内存：启用Compact算法，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，这就解决了内存碎片问题，当再次为新对象分配内存时，CLR不必在充满碎片
的内存中寻找适合新对象的内存空间，所以分配速度会大大提高。但是大对象（large object heap）除外，GC不会移
动一个内存中巨无霸，因为它知道现在的CPU不便宜。通常，大对象具有很长的生存期，当一个大对象在.NET托管
堆中产生时，它被分配在堆的一个特殊部分中，移动大对象所带来的开销超过了整理这部分堆所能提高的性能。

Compact算法除了会提高再次分配内存的速度，如果新分配的对象在堆中位置很紧凑的话，高速缓存的性能将会
得到提高，因为一起分配的对象经常被一起使用(程序的局部性原理)，所以为程序提供一段连续空白的内存空间是很
重要的。

【代龄】
代龄就是对Heap中的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。Generation的层级与FrameWork版本有关，可以通过调用GC.MaxGeneration得知。

通常，GC会优先收集那些最近分配的对象(第0代)，这与操作系统经典内存换页算法“最近最少使用”算法如出一
辙。但是，这并不代表GC只收集最近分配的对象，通常，.Net GC将堆空间按对象的生存期长短分成3代：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。

当内存吃紧时(例如0代对象充满)，GC便被调入执行引擎——也就是CLR——开始对第0代的空间进行标记与压
缩工作、回收工作，这通常小于1毫秒。如果回收后内存依然吃紧，那么GC会继续回收第1代(回收操作通常小于10毫
秒)、第2代，当然GC有时并不是按照第0、1、2代的顺序收集垃圾的，这取决于运行时的情况，或是手动调用
GC.Collect(i)指定回收的代。当对第2代回收后任然无法获得足够的内存，那么系统就会抛出OutOfMemoryException
异常

当经过几次GC过后，0代中的某个对象仍然存在，那么它将被移动到第1代。同理，第1、2代也按同样的逻辑运行。GC Heap中代的数量与容量，都是可变的。

【使用方式】
Dispose可用于释放所有资源，包括托管的和非托管的，需要自己实现。

大多数的非托管资源都要求手动释放，实现IDispose接口的Dispose方法是最好的；而且C#中用到的using语句
快，也是在离开语句块时自动调用Dispose方法。

这里需要注意的是，如果基类实现了IDispose接口，那么它的派生类也必须实现自己的IDispose，并在其
Dispose方法中调用基类中base.Dispose方法。只有这样的才能保证当你使用派生类实例后，释放资源时，连同基类
中的非托管资源一起释放掉。

SuppressFinalize用于那些即有析构函数释放资源，又实现了Dispose()方法释放资源的情况下，将GC.SuppressFin
alize(this)添加至Dispose()方法中，以确保程序员调用Dispose()后，GC就不必再次垃圾回收了 。 

public class UnManagedResRelease : IDisposable
        {
            private bool _alreadyDisposed = false; //保证资源只用释放一次

            ~UnManagedResRelease()
            {
                Dispose(false);
            }

            /// <summary>
            /// 判断释放资源的类别(托管和非托管)
            /// </summary>
            /// <param name="isDisposing">是否是托管资源</param>
            protected virtual void Dispose(bool isDisposing)
            {
                if (_alreadyDisposed)
                {
                    return;
                }

                if (isDisposing)
                {
                    //释放托管资源...
                }

                //释放非托管资源...

                _alreadyDisposed = true;
            }

            public void Dispose()
            {
                Dispose(true);

                //阻止GC把该对象放入终结器队列
                GC.SuppressFinalize(this);
            }
        }




参考文章：http://www.cnblogs.com/isline/archive/2009/03/03/1402350.html

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