基本操作

垃圾回收的算法細節(jié)還在不斷完善中，性能還會有進一步的提升。下文介紹的內容在不同的.NET版本里會略有不同，但大方向是不會有變動的。

在.net進程里會管理2個類型的內存堆：托管和非托管。本地代碼申請的，以及由CLR申請的都是非托管內存，使用Windows API 的 VirtualAlloc 方法進行申請。CLR里分配的托管對象則分配在托管堆里，這些對象可以被垃圾回收處理。

在托管堆里有還進一步分為小對象對和大對象堆（LOH）。每個對象類型都有自己的一段堆內存段。每段的大小根據你的配置或者硬件配置有關，對于一個大型的應用，一個內存段可到幾百M。

小對象還可以進一步分為3個世代。0代和1代總是在一個內存段里，2代則可以跨越多個內存段。包含0代和1代的內存段稱為暫存段。
下圖是堆的圖形，分別是A段和B段

A段是小對象堆，B段是大對象堆。2代和1代開始只有幾個字節(jié)大小，因為他們到目前為止是空的。

在小對象堆里分配對象存在一個3世代的生命周期，CLR在小對象堆里分配小于85000字節(jié)的對象（8.5k)。0代內存通常在段內存的結尾開始分配。這就是為什么前面看到的.NET內存分配得很快。如果快速分配失敗，則在0代邊界范圍里找一個合適的分配地址。如果也沒有合適的位置，則分配器會擴大0代的在內存段里邊界范圍。如果擴展范圍時超過了內存段的范圍，則會觸發(fā)垃圾回收。

對象創(chuàng)建后都是0代。只要對象還存在，在GC時會將它們標記到下一代。0代和1代稱為臨時集合。

當觸發(fā)GC時，可能會同時觸發(fā)壓縮，在這種情況下，GC會將對象移動到另外一個內存地址里，釋放當前段的內存空間。如果沒有觸發(fā)壓縮，也僅僅只是重新劃分邊界。在一些沒有觸發(fā)過壓縮的GC后，結果如下圖：

雖然對象沒有移動，但邊界有重新劃分。

壓縮可以發(fā)生在任何一代的GC里，這是一個相當耗時的過程，因為它需要重新更新對象的引用關系，這需要暫停所有的線程操作。正因為代價高，壓縮操作只會在必要的時候才會進行。

一旦對象到達2代，在剩下的生命周期里會一直保持。這并不意味著2代對象會一直存在，如果所有的2代對象被回收，并且整段內存里都沒有對象，則這段內存可以被操作系統(tǒng)回收，或者作為其他內存段的附屬段。這通常出現在全回收階段。

那么對象的活著是什么概念呢？在GC時可以通過任何已知的root節(jié)點到達對象，能找到對象的引用關系，就說明這個對象還活著。root節(jié)點可以是程序里的某個靜態(tài)變量，線程里正在執(zhí)行的方法（指局部對象），GC句柄（被pinned的句柄）以及在finalizer queue里的對象。請注意，如果你的對象在2代，并且可以被回收，但你在做0代GC時，它也不會被回收。他們需要等到一個完整回收時才會被干掉。

如果0代對象已經填充滿一個內存段，再做壓縮也不能獲得足夠空間時，gc會重新分配一個新的內存段。新的段將用于放置新分配的1代和0代對象。而之前段的對象都將轉為2代對象。所有的0代對象轉為1代，1代對象同樣降為2代對象（因為不需要復制所以很容易實現）。這個新的內存段看起來如下：

如果2代內存不斷增加，那么它可以存放在多個內存段里。LOH也一樣可以跨越多個內存段存放。但不管有多少個內存段，0代和1代對象始終在一個內存段里。了解到這些知識對后面的學習會很有幫助。大對象堆使用另外一種規(guī)則。通常來說一些字符串或者數組，大小在8500直接以上會自動分配到LOH堆里，它不會走上面的代紀模型。出于性能考慮，LOH分配的對象不會在回收的時候做壓縮過程，但從.net4.5.1開始，你可以按需做壓縮了。就行2代對象那樣，當對象不再LOH里需要時，你還是可以回收它使用的內存空間，但稍后我們會說到，在垃圾回收里，最理想的狀態(tài)是不要將對象創(chuàng)建到大對象堆上。
在LOH里，分配器都是使用空閑列表的方式來尋找最合適的位置來分配，在本章的后面將探索一些技術來減少在大數據堆上減少內存碎片。

垃圾回收特定代時，會順帶回收它下面的代。例如回收1代時，會把0代的也回收。如果是2代，那么就是把所有的都回收了（包括LOH里的）。如果是0代或者1代回收時，程序會暫停執(zhí)行到GC過程結束。如果是回收2代，這一部分操作可以可能會在另外一個后臺線程里執(zhí)行，這取決于系統(tǒng)配置。

垃圾回收分為4個階段：

暫停--所有托管線程需要在回收開始前暫停。

標記--從每個root節(jié)點開始，回收器會對每個對象的引用做標記

壓縮--移動內存對象，并重新修改引用路徑以便釋放內存碎片。它通常發(fā)生在小對象堆上，并在系統(tǒng)認為需要的時候進行，你不能手動控制。在大對象堆上，壓縮不會自動發(fā)生，但你可以配置垃圾回收器按需壓縮他。

恢復--托管線程回復執(zhí)行

標記階段實際上不需要遍歷堆上的每個對象，它只會處理需要回收的堆。舉個栗子，做0代收集時只會考慮0代的對象，做1代收集時則會標記0代和1代的對象。在做2代或者一次完整回收時，才需要遍歷每一個活著的對象，當然這個開銷就比較高了。另外需要考慮的是，一個高代的對象可能是低代對象的root節(jié)點，這會導致在做遍歷時，也會遍歷相關的高代對象，當然這個開銷會比全回收階段時小一些。

上面描述的過程會導致以下問題。
首先，垃圾回收所消耗的時間，取決于當前還活著的對象數量，而不是已經分配出去的數量。這就意味著，如果分配了100w個對象在一個root節(jié)點上，只要下次GC前，你把它與root切斷引用關系，這100w個對象對你的回收耗時不會造成太大影響。
其次，垃圾回收的頻率取決于特定的一代里分配了多少內存。一旦超過內部的一個閾值，GC將回收這一代的對象。這個過程GC會根據你的程序做動態(tài)調整。如果在某代的回收卓有成效（回收了很多對象），則在這一代的回收會頻繁觸發(fā)，反之則減少。另外一個觸發(fā)因素就是你的程序在電腦里的可用內存。如果可用內存低于某個閾值，GC也會頻繁發(fā)生，用來減少堆的總體體積。

從上面的描述里，你可能覺得GC已經超過了你的控制范圍。但這其實已經離真相不遠了。最簡單的優(yōu)化方式就是，你可以通過控制內存的分配模式來達到。你在了解GC是如何工作后，你可以根據分配速率，對象的生命周期，來選擇合適的配置。

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原文地址：http://www.cnblogs.com/yahle/p/6552457.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的编写高性能 .NET 代码 第二章：垃圾回收 基本操作的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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