.NET Framework 自動記憶體管理機制深入剖析 (C#分析篇)

來源：http://www.eqccd.com/ServiceSupport/view.asp?id=182&kind=13
在.NET Framework中,記憶體中的資源(即所有二進位資訊的集合)分為"託管資源"和"非託管資源".託管資源必須接受.NET Framework的CLR(通用語言運行時)的管理(諸如記憶體型別安全檢查),而非託管資源則不必接受.NET Framework的CLR管理. (瞭解更多區別請參閱.NET Framework或C#的進階編程資料)

託管資源在.NET Framework中又分別存放在兩種地方: "堆棧"和"託管堆"(以下簡稱"堆");規則是,所有的實值型別(包括引用和對象執行個體)和參考型別的引用都存放在"堆棧"中,而所有引用所代表的對象執行個體都儲存在堆中.

在C#中,釋放託管資源是可以自動通過"記憶體回收行程"完成的(注意,"記憶體回收"機制是.NET Framework的特性,而不是C#的),但具體來說,仍有些需要注意的地方:
1.實值型別(包括引用和對象執行個體)和參考型別的引用其實是不需要什麼"記憶體回收行程"來釋放記憶體的,因為當它們出了範圍後會自動釋放所佔記憶體(因為它們都儲存在"堆棧"中,學過資料結構可知這是一種先進後出的結構);
2.只有參考型別的引用所指向的對象執行個體才儲存在"堆"中,而堆因為是一個自由儲存空間,所以它並沒有像"堆棧"那樣有生存期("堆棧"的元素彈出後就代表生存期結束,也就代表釋放了記憶體),並且非常要注意的是,"記憶體回收行程"只對這塊地區起作用;
3."記憶體回收行程"也許並不像許多人想象的一樣會立即執行(當堆中的資源需要釋放時),而是在參考型別的引用被刪除和它在"堆"中的對象執行個體被刪除中間有個間隔,為什麼呢? 因為"記憶體回收行程"的調用是比較消耗系統資源的,因此不可能經常被調用!

(當然,使用者代碼可以用方法System.GC.Collect()來強制執行"記憶體回收行程")

然而,大多數情況下,我們需要明確地在不執行"記憶體回收行程"的情況下釋放託管資源(因為只需要釋放一部分但又是非常需要釋放的資源,但最好不要調用"記憶體回收行程",因為"記憶體回收行程"太浪費系統資源了),或需要釋放"非託管資源",這時候我們該怎麼辦? 這是我們寫代碼的時候必須要考慮的問題("記憶體回收行程"是系統自動實現的,一般情況不需要使用者幹預),否則Windows系統會因為記憶體耗盡而...
現在,我來告訴怎麼辦,那就是使用類的Dispose()方法釋放所有類型資源 和 使用析構方法釋放非託管資源!
1.Dispose()方法
要通過Dispose()方法來釋放資源,那麼在類定義的時候執"System.IDisposable"介面,然後在類中必須包含這樣定義的方法"void Dispose()" (在Dispose()方法中就是使用者自己寫的釋放資源的程式碼片段),這樣一來,使用者就會知道可以通過人為地調用Dispose()方法來釋放資源. 不過需要注意的是,"記憶體回收行程"並不是通過調用Dispose()方法來釋放託管資源的!

2.析構方法
在C#中定義析構方法的格式是" ~CLASS_NAME() ".非常需要注意的是,如果一個類中沒有使用到非託管資源,那麼請一定不要定義析構方法,這是因為對象執行了析構方法,那麼"記憶體回收行程"在釋放託管資源之前要先調用析構方法,然後第二次才真正釋放託管資源,這樣一來,兩次刪除動作的花銷比一次大多的! (不過,即使你在類中已經定義了析構方法,仍然有辦法"屏蔽"它,這將在後面的代碼範例中說明) 在析構方法中,就是使用者自己寫的釋放非託管資源的程式碼片段.

下面使用一段代碼來示範Dispose()方法和析構方法如何使用:

public class ResourceHolder : System.IDisposable
{
public void Dispose()
{
Dispose(true);
System.GC.SuppressFinalize(this);
// 上面一行代碼作用是防止"記憶體回收行程"調用這個類中的方法
// " ~ResourceHolder() "
// 為什麼要防止呢? 因為如果使用者記得調用Dispose()方法,那麼
// "記憶體回收行程"就沒有必要"多此一舉"地再去釋放一遍"非託管資源"了
// 如果使用者不記得調用呢,就讓"記憶體回收行程"幫我們去"多此一舉"吧 ^_^
// 你看不懂我上面說的不要緊,下面我還有更詳細的解釋呢!

}

protected virtual void Dispose(bool disposing)
{
if (disposing)
{
// 這裡是清理"託管資源"的使用者程式碼片段
}
// 這裡是清理"非託管資源"的使用者程式碼片段
}

~ResourceHolder()
{
Dispose(false);
}
}

上面的代碼是一個典型的有兩種Dispose方法的類定義.
在.NET Framework中有很多系統類別是用這種方法定義Dispose()方法的,例如:
MSDN中，System.Drawing.Brush.Dispose方法就是這樣定義的:
************************************************************
* 釋放由此 Brush 對象使用的所有資源。 *
* public void Dispose() *
* 該成員支援 .NET 架構結構，因此不適用於直接從代碼中使用。 *
* protected virtual void Dispose(bool); *
************************************************************

這裡,我們必須要清楚,需要使用者調用的是方法Dispose()而不是方法Dispose(bool),然而,這裡真正執行釋放工作的方法卻並不是Dispose(),而是Dispose(bool) ! 為什麼呢?仔細看代碼,在Dispose()中,調用了Dispose(true),而參數為"true"時,作用是清理所有的託管資源和非託管資源;大家一定還記得我前面才說過,"使用析構方法是用來釋放非託管資源的",那麼這裡既然Dispose()可以完成釋放非託管資源的工作,還要析構方法幹什麼呢? 其實,析構方法的作用僅僅是一個"備份"!
為什麼呢?
嚴格地說,凡執行了介面"IDisposable"的類,那麼只要程式員在代碼中使用了這個類的對象執行個體,那麼早晚得調用這個類的Dispose()方法,同時,如果類中含有對非託管資源的使用,那麼也必須釋放非託管資源! 可惜,如果釋放非託管資源的代碼放在析構方法中(上面的例子對應的是 " ~ResourceHolder() "),那麼程式員想調用這段釋放代碼是不可能做到的(因為析構方法不能被使用者調用,只能被系統,確切說是"記憶體回收行程"調用),所以大家應該知道為什麼上面例子中"清理非託管資源的使用者程式碼片段"是在Dispose(bool)中,而不是~ResourceHolder()中! 不過不幸的是,並不是所有的程式員都時刻小心地記得調用Dispose()方法,萬一程式員忘記調用此方法,託管資源當然沒問題,早晚會有"記憶體回收行程"來回收(只不過會延遲一會兒),那麼非託管資源呢?它可不受CLR的控制啊!難道它所佔用的非託管資源就永遠不能釋放了嗎? 當然不是!我們還有"析構方法"呢! 如果忘記調用Dispose(),那麼"記憶體回收行程"也會調用"析構方法"來釋放非託管資源的!(多說一句廢話,如果程式員記得調用Dispose()的話,那麼代碼"System.GC.SuppressFinalize(this);"則可以防止"記憶體回收行程"調用析構方法,這樣就不必多釋放一次"非託管資源"了) 所以我們就不怕程式員忘記調用Dispose()方法了.
所以我說了這麼一大堆的理由,綜合起來只有兩點:
*1.程式員們啊,千萬不要忘記調用Dispose()方法! (如果有的話 ^_^)
*2.萬一忘記,不要著急...還有救!!! 因為還有"記憶體回收行程"幫我們自動調用析構方法!