C#面试常考随笔15：C#的GC原理是什么？

基本概念

• 托管堆：在 C# 中，对象的内存分配主要发生在托管堆上。当创建一个对象时，CLR 会在托管堆上为其分配一块连续的内存空间。
• 引用计数：引用计数是一种简单的内存管理方法，它通过记录每个对象被引用的次数来判断对象是否可以被回收。当引用计数为 0 时，对象就可以被回收。但 C# 的 GC 并没有采用这种方法，而是使用了标记 - 清除和分代回收算法。

标记 - 清除算法

这是 GC 的核心算法之一，主要分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

标记阶段

• 根对象：GC 会从一组根对象开始，根对象是指那些始终可达的对象，例如全局变量、静态变量、当前执行方法的局部变量等。
• 标记过程：GC 会遍历所有的根对象，并递归地标记所有从根对象可达的对象。被标记的对象表示它们仍然在被使用，不能被回收。

清除阶段

• 清除过程：在标记阶段完成后，GC 会遍历整个托管堆，将所有未被标记的对象视为垃圾对象，并回收它们所占用的内存空间。

分代回收算法

C# 的 GC 采用了分代回收的策略，将对象分为不同的代（Generation），目前有三代：第 0 代（Gen 0）、第 1 代（Gen 1）和第 2 代（Gen 2）。

代的划分原则

• 第 0 代：新创建的对象通常被分配到第 0 代。这一代的对象生命周期较短，大部分对象在创建后很快就会变成不再使用的对象。
• 第 1 代：经过一次第 0 代垃圾回收后仍然存活的对象会晋升到第 1 代。第 1 代的对象生命周期相对较长。
• 第 2 代：经过多次第 1 代垃圾回收后仍然存活的对象会晋升到第 2 代。第 2 代包含一些长期存活的对象，如静态对象等。

分代回收的优势

• 提高回收效率：由于大部分新创建的对象很快就会变成垃圾，因此频繁地对第 0 代进行垃圾回收可以快速回收大量的内存空间，减少了垃圾回收的时间开销。
• 减少内存碎片：分代回收可以将生命周期不同的对象分开处理，减少了内存碎片的产生。

触发垃圾回收的条件

• 内存不足：当系统的可用内存低于某个阈值时，GC 会被触发，以回收不再使用的对象，释放内存空间。
• 特定代达到阈值：当某一代中的对象数量达到一定阈值时，会触发该代的垃圾回收。例如，当第 0 代中的对象数量达到阈值时，会触发一次第 0 代的垃圾回收。
• 手动调用 GC.Collect 方法：在代码中手动调用 System.GC.Collect 方法来强制触发垃圾回收，但手动调用应该谨慎使用，因为可能会影响程序的性能。

示例代码

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 创建一些对象
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            object obj = new object();
        }

        // 手动触发垃圾回收
        GC.Collect();

        // 等待垃圾回收完成
        GC.WaitForPendingFinalizers();

        Console.WriteLine("垃圾回收已完成");
    }
}