淺析Dotnet的垃圾回收
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在說垃圾回收之前，先說說兩個概念：
- 托管代碼，是由CLR管理的代碼
- 非托管代碼，是由操作系統直接執行的代碼
在早期C++的時候，內存分配和釋放都是由我們手動處理的，而在公共語言進行時CLR中，多了一個垃圾收集器GC，來充當自動內存管理器，完成同樣的工作。從此，對于開發人員來說，我們可以不需要用顯式的代碼來執行內存管理。這樣做的好處是明顯的：大量相關內存的錯誤被消除了，比方沒有釋放對象導致的內存泄露，或試圖訪問已經釋放的對象的內存，等等。
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一、回收和管理托管資源
上面說了，垃圾回收GC在Dotnet中是一個自動的內存管理器，是一種機制，用來清理和回收堆內存中未引用的部分。
通常CLR會在這些情況下啟動垃圾回收：
- 需要在堆上分配內存給一個新對象，但沒有足夠的空閑內存時;
- 對象被強制Dispose時;
- 托管堆上已分配對象的內存超過了閥值(這個閥值會動態調整);
- 調用了GC.Collect方法
這些內容都是基礎，了解了非常好，面試時有話可說。不了解也沒關系，不會影響做一個好的程序出來。
下面的內容如果能記住，倒是對于程序開發很有幫助。
在Dotnet的垃圾回收機制中，回收器會自行優化并適用于多種方案。但是，我們仍然可以根據運行環境來設置垃圾回收的類型。
Dotnet的CLR提供了下面兩種類型的垃圾回收：
- 工作站垃圾回收
- 服務器垃圾回收
這兩種回收機制，有一定的區別。
工作站回收，主要是為客戶端應用設計的，也是程序默認的回收機制。垃圾回收的過程，跑在觸發垃圾回收的用戶線程上，并使用相同的優先級。這種方式，優點是不會被掛起或延遲，缺點是需要與其它線程競爭CPU時間。當運行環境中只有一個CPU時，系統會自動采用工作站方式，不管你設置成什么。
服務器回收，針對的是高吞吐的服務器應用，回收過程跑在專用的高優先級線程上，而且默認是多線程在跑，所以效率更高，缺點是占用的資源會更多，而且由于線程之間的干擾和上下文切換，會影響整體性能。
所以，選擇什么樣的回收機制，需要認真分析。通常普通應用，工作站回收就好。如果是服務器端的API服務，需要選擇服務器回收。而如果是在服務端需要啟動多個實例進行處理，比方對總線的數據保存，那還是工作站回收好。
設置垃圾回收方式，在開發時，可以在xxx.csproj文件中加入：
- <PropertyGroup>
- <ServerGarbageCollection>true</ServerGarbageCollection>
- </PropertyGroup>
其中，設置true就是服務器模式，設置false就是工作站模式，當然，去掉這一行，默認也是工作站模式。
對于生產環境中已經上線的應用，也可以修改回收模式。找到程序目錄中的xxx.runtimeconfig.json文件，在里面加入：
- "configProperties": {
- "System.GC.Server": true
- }
這兩個配置的關系是：如果開發時在.csproj中加入了ServerGarbageCollection，那在發布時會自動在.runtimeconfig.json中加入System.GC.Server。
二、回收和管理非托管資源
上面說到的回收機制，針對的是托管資源。
對于非托管資源，GC不會主動進行回收。回收非托管資源，只能手工編寫代碼并顯式的釋放。
通常來說，程序中用到的操作系統的資源文件、網絡或數據庫連接等，都屬于非托管資源，需要手工清理。
有兩種方法可以清理非托管理資源：
- 使用終結器Finalize，并由GC回收
- 手動處理Dispose
2.1 使用終結器Finalize
終結器Finalize是System.Object的一個虛方法，這個方法在GC回收對象的內存之前由垃圾回帳調用。我們可以重寫這個方法，來釋放非托管資源。
多說兩句：似乎MS對這個部分有些猶豫，所以這兒規則一直處在兩可之間。C#在析構函數的支持上并不嚴格。System.Object支持重寫Object.Finalize方法，但它創建的類卻不支持，重寫會報錯，而只能通過改寫析構函數來實現，并由編譯器將代碼包裝在try塊中的析構函數或重寫的Finalize中，并由finally調用Object.Finalize來實現。
使用終結器，缺點也是比較明顯的。GC檢測到一個對象需要回收時，會在一段不確定的時間之后調用終結器。這個不確定很討厭，我們很難預料什么時候對象被實際釋放。
Finalize雖然看著是手動清除非托管資源，其實還是由垃圾回收器去做的。它的最大作用是確保非托管資源一定被釋放。
2.2 手動處理Dispose
手動處理最重要的理由，是在需要的時候立即釋放，而不是讓垃圾回收器進行不確定延時后的釋放。
手動釋放，主要的工作是提供一個IDisposable.Dispose的實現，來實現非托管資源的確定性釋放。這樣，當需要釋放時，調用Dispose方法，就會立即釋放非托管資源。
手動處理實現起來很簡單。框架提供了一個接口System.IDisposable：
- public interface IDisposable
- {
- void Dispose();
- }
他只包含一個方法Dispose。使用時，需要實現這個方法，在使用完成后及時釋放非托管資源。
同時，Dispose方法還提供了GC.SuppressFinalize方法，來告訴GC對象已經被手動處理，不再需要調用終結器。
- public void Dispose()
- {
- GC.SuppressFinalize(this);
- }
這種方式下，對象的內存可以做到提前回收。
在某些情況下，可能無法調用IDisposable.Dispose方法來釋放非托管資源，但場景下又確實需要確定性地釋放，這時候可能通過重寫Object.Finalize來實現：
- public class MyClass
- {
- ~MyClass()
- {
- //TODO: 釋放未托管的資源
- }
- }
有點奇怪，是不是?
其實，這就是上邊我說MS猶豫的地方。如果你直接重寫Object.Finalize，像下面這樣：
- public class MyClass
- {
- protected override void Finalize()
- {
- //TODO: 釋放未托管的資源
- }
- }
編譯時會報錯Do not override object.Finalize. Instead, provide a destructor.，而他正確的寫法，就是析構函數。
上面說的內容，做成一個套路模板，就會是這樣的：
- public class MyClass : IDisposable
- {
- private bool disposedValue;
- protected virtual void Dispose(bool disposing)
- {
- if (!disposedValue)
- {
- if (disposing)
- {
- // TODO: 釋放托管狀態(托管對象)
- }
- // TODO: 釋放未托管的資源(未托管的對象)并替代終結器
- // TODO: 將大型字段設置為 null
- disposedValue = true;
- }
- }
- ~MyClass()
- {
- Dispose(disposing: false);
- }
- public void Dispose()
- {
- Dispose(disposing: true);
- GC.SuppressFinalize(this);
- }
- }
如果你看到了這兒，建議把上面這個套路模板存下來。這算是最完整的一個版本，網上能找到的，大多是簡化版。
其實，我們經常使用的很多類，都實現了IDisposable接口。比如說，凡是可以用using來進行調用類，就都實現了IDisposable接口。另外有一些類，把Dispose改成了一個別的名字，比方IO里的Close方法，就是一個Dispose。
另外，如果對象實現了IDisposable接口，而我們直接new了這個對象，那在使用結束后，我們就需要Dispose這個對象。因為既然設計者選擇了Dispose，那結束時調用Dispose就是正確的。
三、總結
最后做個簡單的總結。
垃圾回收模式選擇：應用程序可分配的資源少，或者能夠競爭到的資源少，就使用工作站模式，反之就使用服務器模式。
在回收處理上，托管資源就扔給GC自動處理，非托管資源需要手動處理：
其中：
Finalize是標記出非托管資源可被回收，然后由GC去執行回收工作
Dispose是直接調用，并即時回收。
