Dotnet的垃圾回收

发表于 3年以前 | 总阅读数：445 次

最近在做一个项目，用到了大量的非托管技术，所以垃圾回收变得很重要。

在说垃圾回收之前，先说说两个概念：

托管代码，是由CLR管理的代码
非托管代码，是由操作系统直接执行的代码

在早期C++的时候，内存分配和释放都是由我们手动处理的，而在公共语言进行时CLR中，多了一个垃圾收集器GC，来充当自动内存管理器，完成同样的工作。从此，对于开发人员来说，我们可以不需要用显式的代码来执行内存管理。这样做的好处是明显的：大量相关内存的错误被消除了，比方没有释放对象导致的内存泄露，或试图访问已经释放的对象的内存，等等。

一、回收和管理托管资源

上面说了，垃圾回收GC在Dotnet中是一个自动的内存管理器，是一种机制，用来清理和回收堆内存中未引用的部分。

通常CLR会在这些情况下启动垃圾回收：

需要在堆上分配内存给一个新对象，但没有足够的空闲内存时；
对象被强制Dispose时；
托管堆上已分配对象的内存超过了阀值（这个阀值会动态调整）；
调用了GC.Collect方法

这些内容都是基础，了解了非常好，面试时有话可说。不了解也没关系，不会影响做一个好的程序出来。

下面的内容如果能记住，倒是对于程序开发很有帮助。

在Dotnet的垃圾回收机制中，回收器会自行优化并适用于多种方案。但是，我们仍然可以根据运行环境来设置垃圾回收的类型。

Dotnet的CLR提供了下面两种类型的垃圾回收：

工作站垃圾回收
服务器垃圾回收

这两种回收机制，有一定的区别。

工作站回收，主要是为客户端应用设计的，也是程序默认的回收机制。垃圾回收的过程，跑在触发垃圾回收的用户线程上，并使用相同的优先级。这种方式，优点是不会被挂起或延迟，缺点是需要与其它线程竞争CPU时间。当运行环境中只有一个CPU时，系统会自动采用工作站方式，不管你设置成什么。

服务器回收，针对的是高吞吐的服务器应用，回收过程跑在专用的高优先级线程上，而且默认是多线程在跑，所以效率更高，缺点是占用的资源会更多，而且由于线程之间的干扰和上下文切换，会影响整体性能。

所以，选择什么样的回收机制，需要认真分析。通常普通应用，工作站回收就好。如果是服务器端的API服务，需要选择服务器回收。而如果是在服务端需要启动多个实例进行处理，比方对总线的数据保存，那还是工作站回收好。

设置垃圾回收方式，在开发时，可以在xxx.csproj文件中加入：

<PropertyGroup> 
  <ServerGarbageCollection>true</ServerGarbageCollection> 
</PropertyGroup>

其中，设置true就是服务器模式，设置false就是工作站模式，当然，去掉这一行，默认也是工作站模式。

对于生产环境中已经上线的应用，也可以修改回收模式。找到程序目录中的xxx.runtimeconfig.json文件，在里面加入：

"configProperties": {
  "System.GC.Server": true
}

这两个配置的关系是：如果开发时在.csproj中加入了ServerGarbageCollection，那在发布时会自动在.runtimeconfig.json中加入System.GC.Server。

二、回收和管理非托管资源

上面说到的回收机制，针对的是托管资源。

对于非托管资源，GC不会主动进行回收。回收非托管资源，只能手工编写代码并显式的释放。

通常来说，程序中用到的操作系统的资源文件、网络或数据库连接等，都属于非托管资源，需要手工清理。

有两种方法可以清理非托管理资源：

使用终结器Finalize，并由GC回收
手动处理Dispose

2.1 使用终结器Finalize

终结器Finalize是System.Object的一个虚方法，这个方法在GC回收对象的内存之前由垃圾回帐调用。我们可以重写这个方法，来释放非托管资源。

多说两句：似乎MS对这个部分有些犹豫，所以这儿规则一直处在两可之间。C#在析构函数的支持上并不严格。System.Object支持重写Object.Finalize方法，但它创建的类却不支持，重写会报错，而只能通过改写析构函数来实现，并由编译器将代码包装在try块中的析构函数或重写的Finalize中，并由finally调用Object.Finalize来实现。

使用终结器，缺点也是比较明显的。GC检测到一个对象需要回收时，会在一段不确定的时间之后调用终结器。这个不确定很讨厌，我们很难预料什么时候对象被实际释放。

Finalize虽然看着是手动清除非托管资源，其实还是由垃圾回收器去做的。它的最大作用是确保非托管资源一定被释放。

2.2 手动处理Dispose

手动处理最重要的理由，是在需要的时候立即释放，而不是让垃圾回收器进行不确定延时后的释放。

手动释放，主要的工作是提供一个IDisposable.Dispose的实现，来实现非托管资源的确定性释放。这样，当需要释放时，调用Dispose方法，就会立即释放非托管资源。

手动处理实现起来很简单。框架提供了一个接口System.IDisposable：

public interface IDisposable  
{  
    void Dispose();  
}

他只包含一个方法Dispose。使用时，需要实现这个方法，在使用完成后及时释放非托管资源。

同时，Dispose方法还提供了GC.SuppressFinalize方法，来告诉GC对象已经被手动处理，不再需要调用终结器。

public void Dispose()  
{  
    GC.SuppressFinalize(this);  
}

这种方式下，对象的内存可以做到提前回收。

在某些情况下，可能无法调用IDisposable.Dispose方法来释放非托管资源，但场景下又确实需要确定性地释放，这时候可能通过重写Object.Finalize来实现：

public class MyClass    
{    
   ~MyClass()    
   {
      //TODO: 释放未托管的资源
   }    
}

有点奇怪，是不是？

其实，这就是上边我说MS犹豫的地方。如果你直接重写Object.Finalize，像下面这样：

public class MyClass    
{    
   protected override void Finalize()    
   {    
      //TODO: 释放未托管的资源
   }    
}

编译时会报错Do not override object.Finalize. Instead, provide a destructor.，而他正确的写法，就是析构函数。

上面说的内容，做成一个套路模板，就会是这样的：

public class MyClass : IDisposable
{
    private bool disposedValue;

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (!disposedValue)
        {
            if (disposing)
            {
                // TODO: 释放托管状态(托管对象)
            }

            // TODO: 释放未托管的资源(未托管的对象)并替代终结器
            // TODO: 将大型字段设置为 null
            disposedValue = true;
        }
    }

    ~MyClass()
    {
        Dispose(disposing: false);
    }

    public void Dispose()
    {
        Dispose(disposing: true);
        GC.SuppressFinalize(this);
    }
}

如果你看到了这儿，建议把上面这个套路模板存下来。这算是最完整的一个版本，网上能找到的，大多是简化版。

其实，我们经常使用的很多类，都实现了IDisposable接口。比如说，凡是可以用using来进行调用类，就都实现了IDisposable接口。另外有一些类，把Dispose改成了一个别的名字，比方IO里的Close方法，就是一个Dispose。

另外，如果对象实现了IDisposable接口，而我们直接new了这个对象，那在使用结束后，我们就需要Dispose这个对象。因为既然设计者选择了Dispose，那结束时调用Dispose就是正确的。