淺談你感興趣的 CLR GC 機制底層

本文內容是學習CLR.via C#的21章後我的整理，有不足之處歡迎指導。

昨天是1024，coder的節日，我爲本身coder之路定下一句準則--保持學習，保持自信，保持謙遜，保持分享，越走越遠。

第一部分—基本原理思想

   垃圾回收機制是針對託管堆而言。

   不一樣於C的運行時堆，託管堆是內存是連續的，每次分配新內存，NextObjPtr指針只須要加上新分配內存塊大小便可。C運行時堆爲了維護鏈表的完整性，每當分配新的內存時，遍歷鏈表，一旦發現足夠大的內存塊，則拆分塊，修改節點中的指針。從託管堆中分配內存的速度，幾乎能夠與線程棧分配相媲美。

   GC機制回收的就是託管堆中的垃圾對象。

 

第二部分—基本算法思想

   GC檢查託管堆中是否有再也不使用的對象。

   那麼什麼是再也不使用的對象？

   首先要解釋什麼是根（root）。每一個應用程序都有一組根，每一個根都是一個存儲位置，其中包含指向引用類型對象的一個指針。該指針要麼運用託管堆中的一個對象，要麼爲null。類型中定義的任何靜態字段被認爲是一個根，任何方法參數或者局部變量也被認爲是一個根。只有引用類型變量，才被認爲是根，值類型的變量永遠不被認爲是根。

   GC開始執行時，假設全部對象都是垃圾。

   GC沿着線程棧上檢查全部的根，若是發現了一個跟引用堆中的對象，則在這個對象的「同步索引字段」上開啓一位，也就是將這個bit設置爲1，也就是說這個對象被標記了。

   GC就是這樣，以遞歸的方式遍歷全部可達的對象。可達的對象也就是說有根的對象，就是在標記階段被標記的，也就是本次不回收的。因此不可達的對象就被回收了。

   進入第二階段--壓縮階段。

   實際上此壓縮非彼壓縮，在這裏是指碎片整理，如何整理呢？若是發現曉得內存塊，GC忽略它們，若是發現大的，可用的連續內存塊，GC把非垃圾對象移動到這裏以壓縮堆。

   包含只想這些對象的指針的變量和CPU寄存器，如今都會變得無效，NextObjPtr也應從新指向託管堆的結尾。

  

第三部分—終結列表和F-reachable隊列

   說到終結列表要從某些不只佔用內存的對象提及，好比FileStream,它不只佔用內存資源，也在佔用本地資源。

   Finalize方法就是用於釋放本地資源的方法。

   那麼這個終結列表用來作什麼呢？微軟固然不會多此一舉，請仔細看好下面這段：

   既佔用內存資源，又佔用本地資源的，在GC回收這樣對象所佔的內存時，僅僅回收內存時不夠的，由於必定要調用Finalize方法來釋放本地資源啊！強烈不建議在代碼中咱們手動Finalize,這須要堆Finalize的實現有至關深入而且全面的理解。那麼微軟的GC是什麼怎麼來給咱們執行的呢？這就用到了終結列表，爲了必定要保證執行Finalize,在最初咱們new操做符分配內存地時候，若是該對象的類型中定義了Finalize方法，那麼將該對象的一個指針方法到終結列表當中，當此類對象在託管堆中斷定爲垃圾的時候，GC掃描終結列表，以查找這些對象的指針，該指針會從終結列表中移除，並追加到F-reachable隊列。

   那麼這個隊列幹嗎的呢？我認爲惟一的目的就是復活對象，並調用Finalize方法釋放本地資源(若是對象是死的，咱們沒法調用其方法)，調用方法的是一個微軟定義好的優先級比較高的一個線程，據說這樣作有不少好處。那麼爲何放到F-reachable隊列中就復活了？f(finalization)終結，reachable可達的。換言之，可將這個隊列看作靜態字段那樣的一個跟。

  

第四部分—代的思想和原理

   GC機制不管什麼時候，都分爲三代，0代，1代，2代。

   代是什麼，微軟關於這個作了假設，新對象生存週期比較短，而老對象傾向於活的久一些。所在代越高的對象，存活的越久，所在代越低的對象，越容易被回收。

   代就是託管堆中被分配的內存而已，也能夠說把託管堆分紅三部分吧？

   0代初始的預算大小爲256kb,當0代中的內存用完時，爲新對象分配內存，0代內存不夠用時，GC開始回收第一代，未被標記的對象固然回收，已標記的對象則這些對象提升一代，進入1代區域，與此同理，當一代內存已滿時，回收1代，此時根對象也就是標記的對象提高至2代。

   再次重點說一下三代預算大小分別爲256KB,2MB,10MB,預算大小以提高性能爲宜，預算越大，垃圾回收頻率越低。再次注意的是，性能提高的理論源於開始的假設：新對象生存期較短，老對象傾向於活的久一些。請仔細看下面一段。

   若是GC回收後，0代存活下來的對象不多，或者說回收的內存不少。0代預算可能會從256調整爲128。代的分配空間減小，意味着回收頻繁回收頻繁，但GC所作的工做會減小，從而減少進程的工做集，最理想的狀態是0代對象都是當作垃圾被回收，這樣沒必要壓縮內存，NextObjPtr指向0代起始處。這樣來說，最開始的假設是是成立的。