.NET垃圾回收机制之迷-管理内存的秘密武器,提升应用性能的利器!

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风雨无阻2024 2024-06-11 14:59:08 ©著作权

文章标签 .net 开发语言垃圾回收 GC C# 文章分类 Html/CSS 前端开发

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作为.NET开发者,很多人应该都听说过"垃圾回收器(Garbage Collector,GC)“。它就像一个清道夫,时刻在清理程序不再使用的内存空间。有人称它为"内存管理鬼斧神工”,有人也痛骂它"导致性能杀手"。那么,垃圾回收机制到底是何方神圣?今天我们就来一探其中的奥秘。

一、垃圾回收机制概述

GC是.NET运行时(CLR)的一部分,主要负责追踪和管理堆内存的内存分配和回收。它的作用就是持续监控托管堆内存,自动回收应用程序不再使用的对象占用的内存。这种自动内存管理机制极大缓解了开发者的工作负担,让我们能专注于业务代码的实现,而不用操心内存管理的事宜。

二、工作原理和回收过程

1、工作原理

托管堆：.NET程序中动态分配的对象都存储在托管堆上，这是由垃圾回收器管理的内存区域。
垃圾回收根：垃圾回收器使用垃圾回收根来确定对象是否仍然存活。垃圾回收根包括静态变量、局部变量、CPU寄存器中的变量等。
代际垃圾回收：垃圾回收器采用代际理论，将对象分为几代，通常是0代、1代和2代。新对象从0代开始，随着时间的推移，如果对象仍然存活，它们会被提升到更高的代。
垃圾回收触发：当托管堆的内存使用量达到一定阈值时，垃圾回收器会触发垃圾回收。

2、回收过程

标记阶段：垃圾回收器从垃圾回收根开始，递归地访问所有可达的对象，并将它们标记为“存活”。
清除阶段：标记阶段结束后，垃圾回收器会清除所有未被标记的对象，即那些不再被引用的对象。
压缩阶段：为了减少内存碎片，垃圾回收器可能会移动存活的对象，将它们紧凑地排列在堆的一端。

3、代码案例

以下是一个简单的C#程序，用于演示垃圾回收机制：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 创建一个对象并保持对它的引用
        WeakReference weakRef = new WeakReference(new object());

        // 释放对象的强引用
        object strongRef = null;

        // 强制执行垃圾回收
        GC.Collect();

        // 检查对象是否被垃圾回收
        Console.WriteLine("Object was {0}collected.", weakRef.IsAlive ? "not " : "");

        // 继续程序执行，可能再次触发垃圾回收
        Console.WriteLine("Continuing execution...");
    }
}

我们创建了一个object实例，并将其引用存储在WeakReference中。WeakReference是一种特殊类型的引用，它允许垃圾回收器忽略它并回收对象，即使WeakReference仍然存在。
然后，我们释放了对象的强引用，将其设置为null。
通过调用GC.Collect()，我们强制执行了一次垃圾回收。这通常不推荐在生产代码中使用，因为它会强制执行垃圾回收，可能导致性能问题。
我们检查WeakReference是否仍然存活，来确定对象是否被垃圾回收。如果对象被回收，weakRef.IsAlive将返回false。
最后，我们继续程序的执行，这可能会再次触发垃圾回收。

注意

在实际应用中，通常不需要显式触发垃圾回收，因为.NET的垃圾回收器会自动运行。显式触发垃圾回收可能会对程序性能产生负面影响，尤其是在高负载情况下。

理解垃圾回收机制对于编写高效的.NET程序非常重要，它可以帮助开发者优化内存使用，避免内存泄漏，并提高程序性能。

三、内存分配示例

using System;
using System.Collections.Generic;

public class Program 
{
    public static void Main()
    {
        //示例1
        var list = GetList(100000);
        
        //示例2  
        List<string> strings = new List<string>();
        for(int i=0; i<1000; i++)
        {
            strings.Add(GetString());
        }
    }

    static List<object> GetList(int count)
    {
        List<object> tempList = new List<object>();
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            tempList.Add(new object());
        }
        return tempList;
    }

    static string GetString()
    {
        return "This is a sample string which takes some memory.";
    }
}

示例1中,临时list对象在返回后将被GC视为可回收,触发0代回收。

示例2中,strings列表中的字符串会存在较长时间,可能触发1代或2代回收。

由此可见,临时创建的大对象和生命周期较长的小对象,对GC的压力和行为是不同的。