.net的gc垃圾回收原理及實現(xiàn)

一、先了解下必備的知識前提

內(nèi)存中的托管與非托管，可簡單理解為：

托管：可借助gc從內(nèi)存中釋放的數(shù)據(jù)對象（以下要描述的內(nèi)容點）

非托管：必須手工借助dispose釋放資源（實現(xiàn)自idisposable）的對象

內(nèi)存中有棧和堆的概念區(qū)分，僅簡單說明：

棧：先進(jìn)后出 的特點（這里不再詳細(xì)闡述）

堆：存放數(shù)據(jù)對象實例的內(nèi)存空間（以下要描述的內(nèi)容點）

二、.net gc的簡單描述

gc垃圾回收是對于內(nèi)存堆的處理過程。

當(dāng)一個應(yīng)用程序進(jìn)程創(chuàng)建時，會為此應(yīng)用程序在物理內(nèi)存堆中分配一塊虛擬的連續(xù)性內(nèi)存空間，以供應(yīng)用程序后續(xù)運行時存放產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對象實例。

gc是一個獨立的進(jìn)程，用來自動維護(hù)管理內(nèi)存堆中的空間分配和釋放。它通過一個或多個線程進(jìn)行垃圾回收，默認(rèn)啟用后臺線程垃圾回收。（關(guān)于前臺線程與后臺線程，可參考其它）

三、.net平臺的gc垃圾回收，什么時候會被觸發(fā)呢？

1、當(dāng)被分配的堆中虛擬內(nèi)存空間不夠用時，系統(tǒng)會自動 回收/壓縮/擴大 被分配的虛擬內(nèi)存塊，以適應(yīng)新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對象存儲。

2、當(dāng)整個物理內(nèi)存不夠用時，系統(tǒng)會自動 回收/壓縮 各個進(jìn)程占用的內(nèi)存空間，以適應(yīng)新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對象存儲。

3、當(dāng)應(yīng)用程序中手動觸發(fā)gc回收時，gc按照手動指定的方式進(jìn)行垃圾回收。

四、從作用域上 去理解堆中的代

先這樣去理解吧

假設(shè)一個實例變量聲明時的作用域較大，那它就不會馬上被回收，因為作用域大的因素，有可能后續(xù)程序時常還會被用到。

假設(shè)一個實例變量聲明時的作用域較小，那它就有可能被優(yōu)先回收，因為生存周期較短，過了作用域范圍，此變量不會再被使用。

假設(shè)一個靜態(tài)的或全局的作用域變量，那它通常不會被回收，因為這樣的全局聲明會在任意代碼段長期被使用。

所以，為了更好的回收，堆中將各數(shù)據(jù)對象實例歸納為：0代、1代、2代

0代：臨時或最新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)對象實例。最常被回收的對象實例。

1代：一段時間內(nèi)再次使用的數(shù)據(jù)對象實例，生命周期較長的數(shù)據(jù)對象實例。較少被回收的對象實例。

2代：常住內(nèi)存的對象實例，如：靜態(tài)類型，全局作用域等的對象實例。通常為應(yīng)用程序退出后回收。

五、堆中對象 在代之間的轉(zhuǎn)移：幸存者的提升

應(yīng)用程序持續(xù)運行中，

新創(chuàng)建的對象首先被放在0代中，當(dāng)運行一段時間后，有些變量超出了自己所在的作用域，不會再被使用，會被gc清理；

由于有些變量作用域大，當(dāng)前還未超出自己所在的作用域，接下來可能還會被使用，所以gc不會清理；

0代中，有些數(shù)據(jù)對象實例會被gc清理，有些數(shù)據(jù)實例對象未被gc清理，那么，未被gc清理的數(shù)據(jù)對象實例，我們稱它為幸存者。

此時，0代中的幸存者會被轉(zhuǎn)移到1代中（想想上面提到1代存放的是哪類對象實例...）；

那么，以此類推，長期/處處被使用的對象實例，就會從1代中轉(zhuǎn)移到2代中；

因此，2代中存放的通常為靜態(tài)或全局作用域或長期被使用到的對象實例。

六、gc是如何去確定要清理的對象實例？

gc在堆中生成各對象間的結(jié)構(gòu)圖，作為回收對象的依據(jù)，找出非活動的對象。

所有數(shù)據(jù)對象實例之間的關(guān)聯(lián)引用關(guān)系，都會生成一個完整的結(jié)構(gòu)圖，一些不在結(jié)構(gòu)圖中的 或超出所在作用域的 或不再被繼續(xù)使用的對象實例，被稱為非活動對象。被視為gc要清理的對象。

準(zhǔn)確的說：

• 堆棧根
• 垃圾回收句柄
• 靜態(tài)數(shù)據(jù)

七、手動gc垃圾回收

在某些不常見的情況下，強制回收可提高應(yīng)用程序的性能。在此，可使用 gc.collect 方法強制執(zhí)行垃圾回收，從而誘導(dǎo)垃圾回收。

注意，是誘導(dǎo)，而不是即刻回收。

為了考慮到應(yīng)用程序當(dāng)前的穩(wěn)定運行，執(zhí)行g(shù)c.collect并不一定馬上產(chǎn)生效果，這里僅僅是一個觸發(fā)，會去收集將要回收的對象，回收動作會在未來某個合適的時間段進(jìn)行。（當(dāng)然，也可以強制阻塞式回收，這里略過）

（思考一下：無用的實例=null，是否告知gc為可回收的對象？再gc.collect()后的效果。）

關(guān)于 gc.collect 方法的參數(shù)，會用到上面提到的概念及場景：

• 對指定的代進(jìn)行回收
• 指定回收次數(shù)
• 強制回收 或 擇機回收
• 阻塞式回收 或 后臺線程回收
• 壓縮 或 清理

（阻塞式回收方式：都先停一停，先讓我回收完）

當(dāng)然，通常建議：0代，擇機，后臺回收（阻塞式風(fēng)險太大，通常選擇擇機方式，具體自我考量）

八、內(nèi)存堆中的弱引用

當(dāng)應(yīng)用程序正在執(zhí)行使用的對象，gc是不可能回收的，那么，就認(rèn)為應(yīng)用程序?qū)υ搶ο缶哂袕娨谩?/p>

強引用：應(yīng)用程序正在使用的對象實例，不能被gc回收。

弱引用：應(yīng)用程序暫時沒使用的對象實例，暫時可被gc定義為可回收的實例，在回收之前，也可被應(yīng)用程序再次使用后變?yōu)閺娨谩?/p>

假設(shè)一個對象實例被gc清理后，后續(xù)又被再次用到的場景，就會重新創(chuàng)建對象實例，那如果這個對象實例又比較大，這樣的頻繁創(chuàng)建... ...

當(dāng)然還有優(yōu)化的空間，所以，弱引用優(yōu)化了以上場景。

弱引用的優(yōu)點：對于頻繁創(chuàng)建的大實例，弱類型可以做到一次創(chuàng)建多次使用，避免大對象實例多次創(chuàng)建的性能消耗。

（對于小對象使用弱類型，所帶來的對對象管理上的性能消耗，是否值得）

若要對某對象建立弱引用，使用要跟蹤的對象實例創(chuàng)建 weakreference。 然后將 target 屬性設(shè)置為該對象，將該對象的原始引用設(shè)置為 null。（參考官方文檔）

也就是說：我們可以自定義控制哪些對象實例要不要暫時不被gc垃圾回收。

九、多應(yīng)用共享內(nèi)存時的垃圾回收

當(dāng)多個應(yīng)用程序在一臺主機同時運行時，對內(nèi)存空間大小的分配，建議是靈活可變的，以達(dá)到各應(yīng)用程序?qū)?nèi)存利用的平衡及穩(wěn)定性。

如果啟用 gctrimcommitonlowmemory 設(shè)置，垃圾回收器會計算系統(tǒng)內(nèi)存負(fù)載，并在負(fù)載達(dá)到 90% 時進(jìn)入修整模式。除非負(fù)載下降到不到 85%，否則會一直處于修整模式。

如果條件允許，垃圾回收器可以決定 gctrimcommitonlowmemory 設(shè)置對當(dāng)前應(yīng)用沒有幫助并忽略它。

如下啟用 gctrimcommitonlowmemory 設(shè)置

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
  <runtime>
      <gctrimcommitonlowmemory enabled="true"/>
  </runtime>
</configuration>

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