.Net垃圾回收

2019-03-09 本文已影响0人 JervieQin

原文作如下总结。

简介

.Net垃圾回收器管理应用程序的内存分配和释放。每当有对象新建时，公共语言运行时都会从托管堆为对象分配内存。只要托管堆中有地址空间，运行时就会继续为新对象分配空间。不过，内存并不是无限的。垃圾回收器最终必须执行垃圾回收来释放一些内存

一些基础

在公共语言运行时 (CLR) 中，垃圾回收器用作自动内存管理器。
作为一名应用程序开发人员，<u style="box-sizing: border-box;">你只能使用虚拟地址空间，请勿直接操控物理内存</u>。垃圾回收器为你分配和释放托管堆上的虚拟内存。

虚拟内存分为
- 可用（即可分配）
- 保留（即已分配）
- 提交（即已指派给物理内存）三种状态。
发生垃圾回收的三种情况：
- 物理内存不够了
- 托管堆上已分配的对象使用的内存过高
- GC.Collect被调用。
在垃圾回收器由 CLR 初始化之后，它会分配一段内存用于存储和管理对象。此内存称为托管堆（与操作系统中的本机堆相对）：一个用于小型对象（小型对象堆或 SOH），一个用于大型对象（大型对象堆）。每个托管进程都有一个托管堆。进程中的所有线程都在同一堆上给对象分配内存。

托管堆视为两个堆的累计：大对象堆和小对象堆。

垃圾回收器分配的段大小是动态的。应用程序不应假设特定段的大小或依赖于此大小，也不应尝试配置段分配可用的内存量。
堆以代数（共3代）来组织，这样就能有效管理短生存对象和长生存对象。垃圾回收最常发生在第0代（包含短生存期对象），当回收第2代时会连带它所有代一起回收。垃圾回收中未回收的对象也称为幸存者，并会被提升到下一代。
垃圾回收过程中发生了什么：
- 标记阶段，找到并创建所有活动对象的列表。
- 重定位阶段，用于更新对将要压缩的对象的引用。
- 压缩阶段，用于回收由死对象占用的空间，并压缩幸存的对象。
垃圾回收器使用以下信息来确定对象是否为活动对象：
- 堆栈根。由实时 (JIT) 编译器和堆栈查看器提供的堆栈变量。请注意，JIT 优化可以延长或缩短报告给垃圾回收器的堆栈变量内的代码的区域。
- 垃圾回收句柄。指向托管对象且可由用户代码或公共语言运行时分配的句柄。
- 静态数据。应用程序域中可能引用其他对象的静态对象。每个应用程序域都会跟踪其静态对象。
  
  在垃圾回收启动之前，除了触发垃圾回收的线程以外的所有托管线程均会挂起。

大型对象堆（LOH）

如果对象大于或等于 85,000 字节，将被视为大型对象。此数字根据性能优化确定。对象分配请求为 85,000 字节或更大时，运行时会将其分配到大型对象堆。

小型对象始终在第 0 代中进行分配，或者根据它们的生存期，可能会提升为第 1 代或第 2 代。大型对象始终在第 2 代中进行分配。大型对象属于第 2 代，因为只有在第 2 代回收期间才能回收它们。回收一代时，同时也会回收它前面的所有代。

执行GC的情形

分配超出第 0 代或大型对象阈值。

阈值是某代的属性。垃圾回收器在其中分配对象时，会为代设置阈值。超出阈值后，会在该代上触发 GC。

这是典型情况，大部分 GC 执行都因为托管堆上的分配。
调用 GC.Collect 方法。

如果调用无参数 GC.Collect() 方法，或另一个重载作为参数传递到 GC.MaxGeneration，将会一起收集 LOH 和剩余的托管堆。
系统处于内存不足的状况。

垃圾回收器收到来自操作系统的高内存通知时，会发生以上情况。如果垃圾回收器认为执行第 2 代 GC 会有效率，它将触发第 2 代。

手动清理非托管资源

对于应用创建的大多数对象，可以依赖 .NET 的垃圾回收器来处理内存管理，释放托管资源。但是，如果创建包括非托管资源的对象，则当你在应用中使用完非托管资源后，必须显式释放这些资源。最常用的非托管资源类型是包装操作系统资源的对象，如文件、窗口、网络连接或数据库连接。虽然垃圾回收器可以跟踪封装非托管资源的对象的生存期，但无法了解如何发布并清理这些非托管资源。如果你的类型使用非托管资源，则应执行以下操作：

实现释放模式。这就需要你去继承并实现 IDisposable.Dispose方法，来实现对非托管资源的明确性释放。这样当不再使用此对象时，类的使用者可以调用该方法释放资源。
如果上述情况下对象引用忘记调用 Dispose方法，你得为释放非托管资源做准备。方法有两种：

使用安全句柄包装非托管资源（推荐）。安全句柄派生自System.Runtime.InteropServices.SafeHandle 类并包含可靠的 Finalize 方法：System.Object声明的一个虚方法Finalize（也称为终结器），它在GC回收对象的内存之前由GC调用，并且可以被覆盖以释放非托管资源。】。在使用安全句柄时，只需实现 IDisposable 接口并在 Dispose 实现中调用安全句柄的 IDisposable.Dispose 方法。如果未调用安全句柄的Dispose 方法，则垃圾回收器将自动调用安全句柄的终结器。
重写 Object.Finalize 方法。当类型使用者无法调用 IDisposable.Dispose以确定性地释放非托管资源时，终结器会启用对非托管资源的非确定性释放。但是，由于对象终止是一项复杂且易出错的操作，建议你使用安全句柄而不是提供你自己的终结器。

完成上述内容后，对象引用就可以直接调用 IDisposable.Dispose 实现以释放非托管资源使用的内存。另外值得注意的是，在正确实现 Dispose 方法后，安全句柄的 Finalize 方法或 Object.Finalize方法的重写会在未调用 Dispose 方法的情况下阻止清理资源。

GC优缺点

在公共语言运行时 (CLR) 中，垃圾回收器用作自动内存管理器。它提供如下优点：

使你可以在开发应用程序时不必释放内存。
有效分配托管堆上的对象。
回收不再使用的对象，清除它们的内存，并保留内存以用于将来分配。托管对象会自动获取干净的内容来开始，因此，它们的构造函数不必对每个数据字段进行初始化。
通过确保对象不能使用另一个对象的内容来提供内存安全。

缺点：

开销影响程序性能。

减少GC开销的策略

只在必要时显示调用GC
尽量减少临时对象的使用（循环中的临时变量、对象缓存）
对象不用最好显式置为null（即时置空对资源的引用）
字符串拼接使用StringBuilder
能用基本值类型就不用引用类型
尽量减少不必要的静态变量
分散对象的创建或删除时间

性能分析工具（待了解）

内存计数器
SOS调试
垃圾回收ETW事件
分析API
程序域监控