.net的gc垃圾回收原理及實(shí)現(xiàn)

一、先了解下必備的知識(shí)前提

內(nèi)存中的托管與非托管，可簡(jiǎn)單理解為：

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

非托管：必須手工借助dispose釋放資源（實(shí)現(xiàn)自idisposable）的對(duì)象

內(nèi)存中有棧和堆的概念區(qū)分，僅簡(jiǎn)單說(shuō)明：

棧：先進(jìn)后出 的特點(diǎn)（這里不再詳細(xì)闡述）

堆：存放數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例的內(nèi)存空間（以下要描述的內(nèi)容點(diǎn)）

二、.net gc的簡(jiǎn)單描述

gc垃圾回收是對(duì)于內(nèi)存堆的處理過(guò)程。

當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)，會(huì)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(yùn)行時(shí)存放產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例。

gc是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，用來(lái)自動(dòng)維護(hù)管理內(nèi)存堆中的空間分配和釋放。它通過(guò)一個(gè)或多個(gè)線程進(jìn)行垃圾回收，默認(rèn)啟用后臺(tái)線程垃圾回收。（關(guān)于前臺(tái)線程與后臺(tái)線程，可參考其它）

三、.net平臺(tái)的gc垃圾回收，什么時(shí)候會(huì)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng) 回收/壓縮/擴(kuò)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(duì)象存儲(chǔ)。

2、當(dāng)整個(gè)物理內(nèi)存不夠用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng) 回收/壓縮 各個(gè)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(duì)象存儲(chǔ)。

3、當(dāng)應(yīng)用程序中手動(dòng)觸發(fā)gc回收時(shí)，gc按照手動(dòng)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(gè)實(shí)例變量聲明時(shí)的作用域較大，那它就不會(huì)馬上被回收，因?yàn)樽饔糜虼蟮囊蛩兀锌赡芎罄m(xù)程序時(shí)常還會(huì)被用到。

假設(shè)一個(gè)實(shí)例變量聲明時(shí)的作用域較小，那它就有可能被優(yōu)先回收，因?yàn)樯嬷芷谳^短，過(guò)了作用域范圍，此變量不會(huì)再被使用。

假設(shè)一個(gè)靜態(tài)的或全局的作用域變量，那它通常不會(huì)被回收，因?yàn)檫@樣的全局聲明會(huì)在任意代碼段長(zhǎng)期被使用。

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

0代：臨時(shí)或最新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例。最常被回收的對(duì)象實(shí)例。

1代：一段時(shí)間內(nèi)再次使用的數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例，生命周期較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例。較少被回收的對(duì)象實(shí)例。

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

五、堆中對(duì)象 在代之間的轉(zhuǎn)移：幸存者的提升

應(yīng)用程序持續(xù)運(yùn)行中，

新創(chuàng)建的對(duì)象首先被放在0代中，當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，有些變量超出了自己所在的作用域，不會(huì)再被使用，會(huì)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(lái)可能還會(huì)被使用，所以gc不會(huì)清理；

0代中，有些數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例會(huì)被gc清理，有些數(shù)據(jù)實(shí)例對(duì)象未被gc清理，那么，未被gc清理的數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例，我們稱它為幸存者。

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

那么，以此類推，長(zhǎng)期/處處被使用的對(duì)象實(shí)例，就會(huì)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(zhǎng)期被使用到的對(duì)象實(shí)例。

六、gc是如何去確定要清理的對(duì)象實(shí)例？

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

所有數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例之間的關(guān)聯(lián)引用關(guān)系，都會(huì)生成一個(gè)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(duì)象實(shí)例，被稱為非活動(dòng)對(duì)象。被視為gc要清理的對(duì)象。

準(zhǔn)確的說(shuō)：

• 堆棧根
• 垃圾回收句柄
• 靜態(tài)數(shù)據(jù)

七、手動(dòng)gc垃圾回收

在某些不常見(jiàn)的情況下，強(qiáng)制回收可提高應(yīng)用程序的性能。在此，可使用 gc.collect 方法強(qiáng)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(yùn)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(gè)觸發(fā)，會(huì)去收集將要回收的對(duì)象，回收動(dòng)作會(huì)在未來(lái)某個(gè)合適的時(shí)間段進(jìn)行。（當(dāng)然，也可以強(qiáng)制阻塞式回收，這里略過(guò)）

（思考一下：無(wú)用的實(shí)例=null，是否告知gc為可回收的對(duì)象？再gc.collect()后的效果。）

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

• 對(duì)指定的代進(jìn)行回收
• 指定回收次數(shù)
• 強(qiáng)制回收 或 擇機(jī)回收
• 阻塞式回收 或 后臺(tái)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(jī)，后臺(tái)回收（阻塞式風(fēng)險(xiǎn)太大，通常選擇擇機(jī)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(duì)象，gc是不可能回收的，那么，就認(rèn)為應(yīng)用程序?qū)υ搶?duì)象具有強(qiáng)引用。

強(qiáng)引用：應(yīng)用程序正在使用的對(duì)象實(shí)例，不能被gc回收。

弱引用：應(yīng)用程序暫時(shí)沒(méi)使用的對(duì)象實(shí)例，暫時(shí)可被gc定義為可回收的實(shí)例，在回收之前，也可被應(yīng)用程序再次使用后變?yōu)閺?qiáng)引用。

假設(shè)一個(gè)對(duì)象實(shí)例被gc清理后，后續(xù)又被再次用到的場(chǎng)景，就會(huì)重新創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例，那如果這個(gè)對(duì)象實(shí)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(chǎng)景。

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

（對(duì)于小對(duì)象使用弱類型，所帶來(lái)的對(duì)對(duì)象管理上的性能消耗，是否值得）

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

也就是說(shuō)：我們可以自定義控制哪些對(duì)象實(shí)例要不要暫時(shí)不被gc垃圾回收。

九、多應(yīng)用共享內(nèi)存時(shí)的垃圾回收

當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序在一臺(tái)主機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，對(duì)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(huì)計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)存負(fù)載，并在負(fù)載達(dá)到 90% 時(shí)進(jìn)入修整模式。除非負(fù)載下降到不到 85%，否則會(huì)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(duì)當(dāng)前應(yīng)用沒(méi)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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