试着把.net的GC讲清楚(1)

什么是GC？

GC（garbage collection）是对内存管理中回收已经不用的内存的一种机制，我们熟知的java和.net都有自己的GC机制，是内存管理的一部分。

为什么会有GC呢？是因为动态的内存分配和分布操作系统是不管的，得各类语言自己实现，例如c和c++自己需要手动管理分配的内存资源，如果不手动释放，那么会造成已经无用的内存不能被操作系统识别使用，也就是所谓的内存泄漏。

.net的GC都是发生在堆（heap），因为这个动态的内存是在堆上分配的。为什么.net 没有像c++一样提供手动管理内存的操作？因为手工管理内存非常容易出问题，开发人员不应花费时间在这个上面，避免人为问题，就找一个管理内存的“人”来，处理这些事情，于是GC就出现了（说一句话，以前自己是c、c++出身，真的一个语言影响一个人的知识广度和深度），大家都不用考虑这些事情，集中在重要的事情上，就像自己找了个管家，而且是专业的，不会出错的那种，省心。

GC有哪些分类？

我了解到的有：Reference Count、Mark and Sweep（升级版Mark and Compact）、Copy and Collection

现在java和.net 使用的是Mark and Compact算法，这个算法是从Mark and Sweep算法演变过来的，下来就讲讲Mark and Sweep。

Mark and Sweep：分为两个阶段，第一阶段标记所有现在还可以使用的对象，第二阶段清除标记的对象之外的内存。

在.net中，GC管理了一组root（由全局对象组成），通过遍历所有的root机器引用的子对象，进行内存中的存活对象的标记，之后就清除未标记为存活的对象。这就是Mark and Sweep算法，但是这个造成了一个问题，就是回收后的内存是成了筛子了，这个时候如果来一个大的对象需要分配内存，那么空余内存总额大于分配对象的大小，但是找不到一个连续的可以容下这个对象大小的内存，这个时候怎么办？其实模拟操作系统，再做一个内存管理的机制就行，在逻辑上看着连续就行了。当然这个不是本次讨论的对象，Mark and Compact解决了内存不连续的问题，因为它把内存做了一次整理（把不相邻的内存移动到一块，看着就连续了）

Mark and Compact：在Mark and Sweep基础上做了一次内存整理，因为内存做整理的时候，对象的引用是不能被使用的，引用地址会变，所以啊，GC的时候，使用到这些对象的线程什么的是会被挂起等待的，也不能经常回收内存，不然性能堪忧，就是因为回收导致挂起了。

啥是0代、1代、2代对象？

要解释这个问题，还得从内存回收时间说起，这里有个假设（其实也是规则）回收内存中所有对象的时间大于回收部分对象的时间，于是就把内存中对象分成了几代，0代对象指最新分配内存的对象，一次类推。其实多少代，这个由GC决定，.net中GC中代数是3代（这个值暂时不能确定能不能改）。

GC怎么管理代对象呢？一般情况下，分配的对象都是0代对象，在分配对象内存时，如果0代对象的内存已经不能容纳新对象了（超过0代对象内存的上限），在gc回收一次0代后，这个还存活的对象代数加1（GC.Collect();GC.GetGeneration(obj)代码验证过，现在不清楚自动触发是不是回收一次加1），同理如果1代对象超过了1代内存的上限，也会触发gc回收1代对象。那么这个内存回收是定是这样的么？不一定，毕竟微软提供了手动触发gc的功能，就是GC.Collect()，有兴趣可以翻翻这个方法。

代数的大小，查了很多资料之后，只发现一篇文章说到，.net中0代和1代之和为16MB，2代内存上限非常的大，具体有framework版本和其他一些因素决定的。

//验证回收一次，对象就升一代
Object obj=new Object();
Console.WriteLine(GC.GetGeneration(obj));
GC.Collect();
Console.WriteLine(GC.GetGeneration(obj));
GC.Collect();
Console.WriteLine(GC.GetGeneration(obj));

Finalize、Dispose是啥？如何理解？

.net中有托管资源和非托管资源的分类，托管资源.net自己就可以管理，非托管资源，需要特殊的方法，也就是托管资源在GC的时候，.net可以自己识别，但是非托管资源，GC是自动释放不了的。

什么是非托管资源？这让我想起之前用mfc写windows程序的时候，什么画刷、画笔、com之类的，就是非托管资源，还有数据库连接、文件、套接字之类的也是，哦，还有流之类的都是。

这些非托管资源，一般都需要自己释放资源，.net提供了IDsiposable的接口，实现这个接口的方法，在里面进行资源释放，使用using语句来简化这个非托管资源的释放工作。

Finalize：这个也能用来释放非托管资源，与IDsiposable接口区别是，它的调用时机是不定的，因为它是由GC调用的，GC调用真的不定的，因为调用一次GC调用会降低程序性能（前面说的，内存压缩导致引用需要变化，而因为线程挂起），下面来说说为什么它是由GC调用的。

在创建对象的时候，会把还有析构函数（编译之后，就是Finalize方法，与c++中的析构函数不同）的对象引用存到一个叫做Finalizer Queue的list中，在GC的时候，如果一个对象是无用的，而且在Finalizer Queue里面有引用，此次并不回收，并且会把引用从Finalizer Queue移到Freachable Queue的list中，Freachable Queue的list有内容之后会启动一个线程，然后执行里面的引用的对象的析构函数，执行完毕后把对象的引用删除，等待下次GC的时候，才进行回收此对象。

所以Finalize的特点就是：

啥时候调用不定
这类对象，需要至少两次GC才能回收。

为什么至少两次，而不是两次，因为.net为我们提供了一个把对象引用放回Finalizer Queue的方法，GC.ReRegisterForFinalize()，如果在Finalize中调用了这个代码，那么就死不了了。

微软不建议使用Finalize方法，就像其他博客中提到的，我们可以把它留作后手，万一那个非托管资源该释放没有释放，可以在Finalize方法中做为最后的保险（算是避免人为原因）。

我确实释放完了非托管资源，就是不想执行Finalize方法，微软也提供了方法了:GC.SuppressFinalize(this)，这个方法执行了之后就把这个对象的引用中Finalizer Queue移除了。

LOH是什么？

LOH（large object heap）是为了大对象而专门设计的一个堆，多大的对象会分配到这个堆里面？超过85000个字节的就会。其实这个loh产生原因大对象移动非常的耗时，还不如不移动，例如，3个对象ABC，AB对象大约占个80个字节，C对象占个10000个字节，假设AB对象被回收，那么在移动阶段，就要把10000个字节，往前移动80字节，还不如不移动性能高。这个85000字节也是一个经验值。

既然loh不能移动，那么肯定不能用Mark and Compact中的移动了（使用什么算法现在还不清楚，猜测是Mark and Sweep，或许是特例)，并且在只有2代对象回收的时候才进行回收。

GC模式？

workstation mode：用于单处理器的系统中，频繁回收，从而阻止一次长时间的回收对程序的挂起时间。
server mode：用于多处理器的系统中，为每个处理器都创建一个GC Heap，该模式特点是，分配内存较大，能不回收就不回收，回收时候耗时太长。

其中有Concurrent GC 工作方式，其中workstation mode和server mode都可以配置，在单处理器上设置为true也不生效，主要用于用户线程在gc时候可以大部分时间和gc线程并发，详细可以参考：https://blogs.msdn.microsoft.com/seteplia/2017/01/05/understanding-different-gc-modes-with-concurrency-visualizer/

啥时候需要手动gc？

资源特别紧张的时候，例如之前面试的一家公司，系统是在azure上，内存什么的特别贵，这个时候手动gc可能其中一种手段了。

最后

其实gc的最耗时还是在算法的选择上，比如Mark and Compact中的把内存合并成连续的，这个才是耗时的，如果内存足够多，根本就不需要考虑移动内存。

或者像我之前提的，再在内存上面做一次内存映射的管理，也可以避免内存不连续的问题，当然肯定会遇到各种各样的问题。