温故之.NET内存管理

.NET 内存管理是自动进行的，包括以下几个过程

• 内存分配
• 内存释放
• 代（Generations）
• 非托管资源的内存释放

内存分配

当初始化一个进程时，运行时会为该进程分配一个连续的地址空间区域——即为托管堆。

托管堆就像一个管家一样，始终持有一把钥匙的钥匙（一个指针）——下一个空房间（可用空间首地址，即为下一个对象分配的空间的开始位置）。当然，最开始管家手中的钥匙，是大门的钥匙（即托管堆的基地址）。

所有的引用类型，都是在托管堆上分配的；而值类型的空间则在栈上分配。

需要注意的是：

1. 引用类型在托管堆上分配空间（房间）之后，对这个空间的引用（钥匙）则是放在栈上（管家手中）的
2. 对引用（钥匙）的复制，属于简单的复制（浅拷贝）。因为这也仅仅是多了一把钥匙而已，这两把钥匙都只能开同一个房间（两个引用都指向同一个地址空间）

在托管堆中进行内存的分配，还可以带来性能的优势：

• 运行时为新对象分配内存时，通过不断的更改指针的值（更改管家手中的钥匙），而不是从系统内存中新分配内存（即建造一个新房间）。这样，内存分配的速度几乎可以同在栈上分配一样快了
• 内存分配的连续性，可以做到快速的访问这些对象

不过，这里有个前提

托管堆中的内存足够应用程序使用。如果不够，运行时将会频繁的进行GC，这会对性能造成很大的影响。比如在Unity3D的开发中，频繁的GC可能会造成游戏画面不连续。

内存的释放

GC会根据对象的分配，来决定该对象回收的最佳时机。

它通过检查应用程序的根来确定不再使用的对象，每个应用程序都有一组根（包含线程堆栈和CPU寄存器上的静态字段、局部变量和参数），每个根要么引用托管堆中的对象，要么被设置为null。

GC通过访问JIT和运行时维护的活动根的列表来检查应用程序的根（可访问性检查），同时创建一个可访问的对象图。不在该图中的对象，即表示不可达（无法从根访问），将被GC视为垃圾，并释放为这些对象分配的内存。

在回收过程中，如果发现大量不可访问的对象，则会使用内存复制功能来压缩内存中可访问的对象：移动对象，以保证可访问的对象在一块连续的内存空间内。
同时，对托管堆指针进行更正（重新为管家拿一把钥匙）。这样的好处是，可以让剩下的内存空间连续。

值得注意的是，为了性能，在进行内存复制的时候，将不会处理托管堆中的大型对象（如图像）。
其一，这些大对象的移动可能会花很长时间；
其二，GC的过程中，会挂起正在运行的线程，如果在这过程中去移动这些大对象，则可能会造成程序假死。

代（Generations）

为了优化GC性能，托管堆被分为了三代：第0代、第1代和第2代。

其垃圾回收算法的原理如下：

• 压缩一部分内存要比压缩整个托管堆快
• 较新的对象的生存期较短，较老的对象的生存期较长
• 较新的对象与其他对象有更大的关联性，且基本上会在某一时间段内被应用程序访问

鉴于以上原理，有以下的过程：

1. 新的对象存储在第0代
2. 老的对象如果未被回收，则升级为第1代和第2代
3. GC在第0代已满的时候，将回收第0代中的对象（新对象），而这往往可以回收足够多的内存
4. 在第0代回收的过程中，未被回收的对象，将会升级为第1代
5. 若第0代的回收中，未能回收到足够的内存，这时，GC将对第1代的对象进行回收
6. 以此类推，第1代未被回收的，将会升级为第2代，等等。

非托管资源的内存释放

非托管资源与托管资源不同，它们的内存需要我们显式的释放。

其释放方式，除了上一篇文章温故之.NET托管资源与非托管资源中介绍的方式外，还有另外一种方式。
这种方式我们将在下一篇文章【温故之.NET垃圾回收】中一一道来。

小结

每次GC时，做了什么

• 检索堆上的每个对象
• 搜索所有当前对象引用以确定堆上的对象是否仍在作用域内
• 不在作用域内的对象被标记为删除
• 删除被标记的对象并将内存返回给堆

故堆上的对象越多，代码中的引用数越多，GC就越费时。
另外需要注意的是，每次GC时，其都会挂起当前正在运行的线程，这肯定会对性能有影响，因此需要避免过多的GC。

何时触发GC

• 堆分配时堆上的可用内存不足时触发GC：顺序为第0代、第1代、第2代，具体可见上面【代（Generations）】
• GC会不时的自动运行（频率因平台而异），此即为“合适的时机”，但第一条中的情况下，一定会运行
• 手动GC：调用 GC.Collect() 或 GC.Collect(int generation)
• 操作系统内存不足时，会触发GC

至此，本节内容讲解完毕。欢迎关注公众号【嘿嘿的学习日记】，所有的文章，都会在公众号首发，Thank you~

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