1、托管堆基礎(chǔ)

資源包括包括：文件、內(nèi)存緩沖區(qū)、網(wǎng)絡(luò)連接等。

以下是訪問(wèn)一個(gè)資源所需的步驟：

調(diào)用IL指令newobj，為代表資源的類型分配內(nèi)存（一般使用C# new操作符來(lái)完成）。

初始化內(nèi)存，設(shè)置資源的初始狀態(tài)并使資源可用。類型的實(shí)例構(gòu)造器負(fù)責(zé)設(shè)置初始狀態(tài)。

訪問(wèn)類型的成員來(lái)使用資源（有必要可以重復(fù)）。

摧毀資源的狀態(tài)以進(jìn)行清理。（為了簡(jiǎn)化編程，開發(fā)人員經(jīng)常使用的大多數(shù)類型都不需要這個(gè)步驟）。

釋放內(nèi)存。垃圾回收器獨(dú)自負(fù)責(zé)這一步。

2、托管堆分配資源

CLR要求所有對(duì)象都從托管堆分配。進(jìn)程初始化時(shí)，CLR劃出一個(gè)地址空間區(qū)域作為托管堆，CLR還要維護(hù)一個(gè)指針，我把它稱作NextObjPtr。該指針指向下一個(gè)對(duì)象在堆中的分配位置。

????????你的應(yīng)用程序的內(nèi)存受進(jìn)程的虛擬地址空間的限制。32位進(jìn)程最多能分配1.5GB，64位進(jìn)程最多能分配8TB。

C#的new操作符導(dǎo)致CLR執(zhí)行以下步驟：

1. 計(jì)算類型的字段（以及從基類型繼承的字段）所需的字節(jié)數(shù)。
2. 加上對(duì)象的開銷所需的字節(jié)數(shù)。每個(gè)對(duì)象都有兩個(gè)開銷字段：類型對(duì)象指針和同步塊索引。對(duì)于32位應(yīng)用程序，這兩個(gè)字段各自需要32位，所以每個(gè)對(duì)象都要8字節(jié)。對(duì)于64位應(yīng)用程序，這兩個(gè)字段各自需要64位，所以每個(gè)對(duì)象要增加16個(gè)字節(jié)。
3. CLR檢查區(qū)域中是否有分配對(duì)象所需的字節(jié)數(shù)。如果托管堆有足夠的可用空間，就在NetxObjPtr指針指向的地址處放入對(duì)象，為對(duì)象分配的字節(jié)會(huì)被清零。接著調(diào)用類型的構(gòu)造器（為this參數(shù)傳遞NextObjPtr），new操作符返回對(duì)象引用。就在返回這個(gè)對(duì)象引用之前，NextObjPtr指針的值會(huì)加上這個(gè)對(duì)象占用的字節(jié)數(shù)來(lái)得到一個(gè)新值，即下個(gè)對(duì)象放入托管堆時(shí)的地址。

3、垃圾回收算法

?應(yīng)用程序調(diào)用new操作符創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，可能沒(méi)有足夠地址空間來(lái)分配該對(duì)象，發(fā)現(xiàn)空間不夠，CLR就執(zhí)行垃圾回收。

????????至于對(duì)象生存期的管理，有的系統(tǒng)采用的是某種引用計(jì)數(shù)算法。在這種系統(tǒng)中，堆上的每個(gè)對(duì)象都維護(hù)著一個(gè)內(nèi)存字段來(lái)統(tǒng)計(jì)程序中多少“部分”正在使用對(duì)象。隨著每一“部分”到達(dá)代碼中某個(gè)不再需要對(duì)象的地方，就遞減對(duì)象的計(jì)算字段。計(jì)數(shù)字段成0，對(duì)象就可以從內(nèi)存中刪除了。許多引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)最大的問(wèn)題是處理不好循環(huán)引用。

?????????????鑒于引用計(jì)數(shù)垃圾回收器算法存在的問(wèn)題，CLR改為使用一種引用跟蹤算法。引用跟蹤算法中關(guān)心引用類型的變量，因?yàn)橹挥羞@種變量才能引用堆上的對(duì)象；值類型變量直接包含值類型實(shí)例。引用類型變量可在許多場(chǎng)合使用，包括靜態(tài)和實(shí)例字段，或者方法的參數(shù)和局部變量。我們將所有引用類型的變量都稱為根。

???????????1、CLR開始GC時(shí)，首先暫停進(jìn)程中的所有線程。這樣可以防止線程在CLR檢查期間訪問(wèn)對(duì)象并更改其狀態(tài)。?????

???????????2、然后，CLR進(jìn)入GC的標(biāo)記階段。在這個(gè)階段，CLR遍歷堆中的所有對(duì)象，將同步塊索引字段中的一位設(shè)為0。這表明所有對(duì)象都應(yīng)刪除。???

???????????3、然后，CLR檢查所有的活動(dòng)根，查看它們引用了哪些對(duì)象。這正是CLR的GC稱為引用跟蹤GC的原因。如果一個(gè)根包含NULL，CLR忽略這個(gè)根并繼續(xù)檢查下一個(gè)根。

???????????4、任何根如果引用了堆上的對(duì)象，CLR都會(huì)標(biāo)記那個(gè)對(duì)象，也就是將該對(duì)象的同步塊索引中的位設(shè)為1， 標(biāo)記過(guò)程會(huì)持續(xù)，直至應(yīng)用程序的所有跟所有檢查完畢。???????

???????????5、檢查完畢后，堆中的對(duì)象要么已標(biāo)記，要么未標(biāo)記。已標(biāo)記的對(duì)象不能被垃圾回收，因?yàn)橹辽儆幸粋€(gè)根在引用它。我們說(shuō)這種對(duì)象是可達(dá)的。因?yàn)閼?yīng)用程序代碼可通過(guò)仍在引用它的變量抵達(dá)(訪問(wèn)）它。未標(biāo)記的對(duì)象是不可達(dá)的。因?yàn)閼?yīng)用程序中不存在使對(duì)象能被再次訪問(wèn)的根。

?????????????6、CLR知道哪些對(duì)象可以幸存，哪些可以刪除后，就進(jìn)入GC的壓縮（不是那個(gè)壓縮，類似于碎片整理）階段。在這個(gè)階段。CLR對(duì)堆中標(biāo)記的對(duì)象進(jìn)行“乾坤大挪移”。

????????????7、在內(nèi)存中移動(dòng)了對(duì)象之后有一個(gè)問(wèn)題亟待解決。引用幸存對(duì)象的根現(xiàn)在引用的還是對(duì)象最初在內(nèi)存中的位置，而非移動(dòng)后的位置。被暫停的線程恢復(fù)執(zhí)行時(shí)，將訪問(wèn)舊的內(nèi)存位置，會(huì)造成內(nèi)存損壞。這顯然是不能容忍的，所以作為壓縮階段的一部分，CLR還要從每個(gè)根減去所引用對(duì)象在內(nèi)存中偏移的字節(jié)數(shù)。這樣就能保證每個(gè)根還是引用和之前一樣的對(duì)象，只是對(duì)象在內(nèi)存中變換了位置。

????????????8、壓縮階段完成后，CLR恢復(fù)應(yīng)用程序的所有線程。

重要提示：???靜態(tài)字段引用的對(duì)象一直存在，直到用于加載類型的AppDomain卸載為止。內(nèi)存泄漏的一個(gè)常見原因就是讓靜態(tài)字段引用某個(gè)集合對(duì)象，然后不停地往集合添加數(shù)據(jù)項(xiàng)。靜態(tài)字段使集合對(duì)象一直存活，而集合對(duì)象使所有數(shù)據(jù)項(xiàng)一直存活。因此應(yīng)該盡量避免使用靜態(tài)字段。（或者參照前面的玩法，當(dāng)我們不用靜態(tài)變量的時(shí)候，可以立馬置為null，那么垃圾就會(huì)被回收）。

4、代：提升性能

CLR的GC是基于代的垃圾回收器。它對(duì)代碼做了如下假設(shè)：

• 對(duì)象越新，生存期越短
• 對(duì)象越老，生存期越長(zhǎng)
• 回收堆的一部分，速度快于回收整個(gè)堆

第一個(gè)假設(shè)是越新的對(duì)象活的越短。因此，第0代包含跟多垃圾的可能性很大，能回收更多的內(nèi)存。由于忽略了第1代中的對(duì)象，所以加快了垃圾回收速度。

第二個(gè)假設(shè)越老的對(duì)象活的越長(zhǎng)。也就是說(shuō)，第1代對(duì)象在應(yīng)用程序中很有可能繼續(xù)可達(dá)（沒(méi)被回收）的。如果垃圾回收器檢查第1代中的對(duì)象，很有可能找不到多少垃圾。

由于第0代已滿，所以必須開始垃圾回收。但這一次垃圾回收器發(fā)現(xiàn)第1代占用了太多內(nèi)存，以至于用完了預(yù)算。 由于前幾次對(duì)第0代進(jìn)行回收時(shí)，第1代可能已經(jīng)有許多對(duì)象變得不可達(dá)（該回收）。所以這次垃圾回收器決定檢查第1代和第0代的所有對(duì)象。 兩代都被垃圾回收后，??就出現(xiàn)了第2代了。 空的是0代， 0代幸存者變?yōu)?代，1代幸存者變?yōu)?代。

???????????托管堆只支持三代：第0代， 第1代，第2代。

CLR 的垃圾回收器是自動(dòng)調(diào)節(jié)的：

1、如果垃圾回收器發(fā)現(xiàn)在回收第0代后存活下來(lái)的對(duì)象很少，就可能減少第0代的預(yù)算。已分配空間的減少意味著垃圾回收將更頻繁地發(fā)生。

2、另一方面，如果垃圾回收器回收了第0代，發(fā)現(xiàn)還有很多對(duì)象存活，沒(méi)有多少內(nèi)存被回收就會(huì)增加第0代的預(yù)算。

3、垃圾回收器用類似的??啟發(fā)式算法?調(diào)整第1代 和 第2代的預(yù)算。

5、垃圾回收觸發(fā)條件

1、CLR在檢測(cè)第0代超過(guò)預(yù)算時(shí)會(huì)觸發(fā)一次GC，這是GC最常見的觸發(fā)條件，還有其它的觸發(fā)如下：

2、代碼顯示調(diào)用System.GC的靜態(tài)Collect方法，??大多時(shí)候都要避免調(diào)用這個(gè)方法；最好讓垃圾回收器自行斟酌執(zhí)行，讓它根據(jù)應(yīng)用程序的行為調(diào)整各個(gè)代的預(yù)算。

3、Windows報(bào)告低內(nèi)存情況

4、CLR正在卸載AppDomain

5、CLR正在關(guān)閉

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官方的介紹：（良心發(fā)現(xiàn) 有中文）

??????????https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/articles/standard/garbagecollection/

6、 擴(kuò)展閱讀

unity在線文檔Understanding the managed heap

https://docs.unity3d.com/Manual/BestPracticeUnderstandingPerformanceInUnity4-1.html

Optimizing garbage collection in Unity games

https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/topics/performance-optimization/optimizing-garbage-collection-unity-games?playlist=44069

C# Garbage Collection Tutorial

https://stackify.com/c-garbage-collection/

Memory Management/Stacks and Heaps

https://en.wikibooks.org/wiki/Memory_Management/Stacks_and_Heaps

Lambda Expressions vs. Anonymous Methods

https://blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/2007/01/10/lambda-expressions-vs-anonymous-methods-part-one/

推薦書籍：

《垃圾回收的算法與實(shí)現(xiàn)》

《C#/.Net 的托管堆和垃圾回收》

《CLR via C#》

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轉(zhuǎn)載自：https://blog.csdn.net/u010019717/article/details/66975553

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C#/.Net 的托管堆和垃圾回收的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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