垃圾回收

原文

GC，Garbage Collect，中文意思就是垃圾回收，指的是系統中的內存的分配和回收管理。其對系統性能的影響是不可小覷的。今天就來講一下關於GC優化的東西，這裏並不着重說概念和理論，主要說一些實用的東西。關於概念和理論這裏只作簡單說明

什麼是GC

GC如其名，就是垃圾收集，固然這裏僅就內存而言。Garbage Collector（垃圾收集器，在不至於混淆的狀況下也成爲GC）以應用程序的root爲基礎，遍歷應用程序在Heap上動態分配的全部對象[2]，經過識別它們是否被引用來肯定哪些對象是已經死亡的、哪些仍須要被使用。已經再也不被應用程序的root或者別的對象所引用的對象就是已經死亡的對象，即所謂的垃圾，須要被回收。這就是GC工做的原理。爲了實現這個原理，GC有多種算法。比較常見的算法有Reference Counting，Mark Sweep，Copy Collection等等。目前主流的虛擬系統.NET CLR，Java VM和Rotor都是採用的Mark Sweep算法。(此段內容來自網絡)

.NET的GC機制有這樣兩個問題：

首先，GC並非能釋放全部的資源。它不能自動釋放非託管資源。

第二，GC並非實時性的，這將會形成系統性能上的瓶頸和不肯定性。

GC並非實時性的，這會形成系統性能上的瓶頸和不肯定性。因此有了IDisposable接口，IDisposable接口定義了Dispose方法，這個方法用來供程序員顯式調用以釋放非託管資源。使用using語句能夠簡化資源管理。

託管資源和非託管資源

託管資源指的是.NET能夠自動進行回收的資源，主要是指託管堆上分配的內存資源。託管資源的回收工做是不須要人工干預的，有.NET運行庫在合適調用垃圾回收器進行回收。

非託管資源指的是.NET不知道如何回收的資源，最多見的一類非託管資源是包裝操做系統資源的對象，例如文件，窗口，網絡鏈接，數據庫鏈接，畫刷，圖標等。這類資源，垃圾回收器在清理的時候會調用Object.Finalize()方法。默認狀況下，方法是空的，對於非託管對象，須要在此方法中編寫回收非託管資源的代碼，以便垃圾回收器正確回收資源。

在.NET中，Object.Finalize()方法是沒法重載的，編譯器是根據類的析構函數來自動生成Object.Finalize()方法的，因此對於包含非託管資源的類，能夠將釋放非託管資源的代碼放在析構函數。

關於GC優化的一個例子

正常狀況下，咱們是不須要去管GC這些東西的，然而GC並非實時性的，因此咱們的資源使用完後，GC何時回收也是不肯定的，因此會帶來一些諸如內存泄漏、內存不足的狀況，好比咱們處理一個約500M的大文件，用完後GC不會馬上執行清理來釋放內存，由於GC不知道咱們是否還會使用，因此它就等待，先去處理其餘的東西，過一段時間後，發現這些東西再也不用了，才執行清理，釋放內存。

下面，來介紹一下GC中用到的幾個函數：

GC.SuppressFinalize(this); //請求公共語言運行時不要調用指定對象的終結器。

GC.GetTotalMemory(false); //檢索當前認爲要分配的字節數。 一個參數，指示此方法是否能夠等待較短間隔再返回，以便系統回收垃圾和終結對象。

GC.Collect(); //強制對全部代進行即時垃圾回收。

GC運行機制

寫代碼前，咱們先來講一下GC的運行機制。你們都知道GC是一個後臺線程，他會週期性的查找對象，而後調用Finalize()方法去消耗他，咱們繼承IDispose接口，調用Dispose方法，銷燬了對象，而GC並不知道。GC依然會調用Finalize()方法，而在.NET 中Object.Finalize()方法是沒法重載的，因此咱們可使用析構函數來阻止重複的釋放。咱們調用完Dispose方法後，還有調用GC.SuppressFinalize(this) 方法來告訴GC，不須要在調用這些對象的Finalize()方法了。

下面，咱們新建一個控制檯程序，加一個Factory類，讓他繼承自IDispose接口，代碼以下：

public class Factory : IDisposable
   {
      private StringBuilder sb = new StringBuilder();
      List list = new List();
      //拼接字符串，創造一些內存垃圾
      public void MakeSomeGarbage()
      {
         for (int i = 0; i < 50000; i++)
         {
            sb.Append(i.ToString());
         }
      }
      //銷燬類時，會調用析構函數
      ~Factory()
      {
         Dispose(false);
      }
      public void Dispose()
      {
         Dispose(true);
      }
      protected virtual void Dispose(bool disposing)
      {
         if (!disposing)
         {
            return;
         }
         sb = null;
         GC.Collect();
         GC.SuppressFinalize(this);
      }
   }

只有繼承自IDispose接口，使用這個類時才能使用Using語句，在main方法中寫以下代碼：

class Program
   {
      static void Main(string[] args)
      {
         using(Factory f = new Factory())
         {
            f.MakeSomeGarbage();
            Console.WriteLine("Total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         }
         Console.WriteLine("After GC total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         
         Console.Read();
      }
   }

運行結果以下，能夠看到資源運行MakeSomeGarbage()函數後的內存佔用爲1796KB，釋放後成了83Kb.

代碼運行機制：

咱們寫了Dispose方法，還寫了析構函數，那麼他們分別何時被調用呢？咱們分別在兩個方法上面下斷點。調試運行，你會發現先走到了Dispose方法上面，知道程序運行完也沒走析構函數，那是由於咱們調用了GC.SuppressFinalize(this)方法，若是去掉這個方法後，你會發現先走Dispose方法，後面又走析構函數。因此，咱們能夠得知，若是咱們調用Dispose方法，GC就會調用析構函數去銷燬對象，從而釋放資源。

何時該調用GC.Collect

這裏爲了讓你們看到效果，我顯示調用的GC.Collect()方法，讓GC馬上釋放內存，可是頻繁的調用GC.Collect()方法會下降程序的性能，除非咱們程序中某些操做佔用了大量內存須要立刻釋放，才能夠顯示調用。下面是官方文檔中的說明：

垃圾回收 GC 類提供 GC.Collect 方法，您可使用該方法讓應用程序在必定程度上直接控制垃圾回收器。一般狀況下，您應該避免調用任何回收方法，讓垃圾回收器獨立運行。在大多數狀況下，垃圾回收器在肯定執行回收的最佳時機方面更有優點。可是，在某些不常發生的狀況下，強制回收能夠提升應用程序的性能。當應用程序代碼中某個肯定的點上使用的內存量大量減小時，在這種狀況下使用 GC.Collect 方法可能比較合適。例如，應用程序可能使用引用大量非託管資源的文檔。當您的應用程序關閉該文檔時，您徹底知道已經再也不須要文檔曾使用的資源了。出於性能的緣由，一次所有釋放這些資源頗有意義。有關更多信息，請參見 GC.Collect 方法。 　　在垃圾回收器執行回收以前，它會掛起當前正在執行的全部線程。若是沒必要要地屢次調用 GC.Collect，這可能會形成性能問題。您還應該注意不要將調用GC.Collect 的代碼放置在程序中用戶能夠常常調用的點上。這可能會削弱垃圾回收器中優化引擎的做用，而垃圾回收器能夠肯定運行垃圾回收的最佳時間。