.NET中GC的儲存結構及實現原理

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GC（Garbage Collector，記憶體回收行程）是一種自動回收記憶體的機制，釋放已經不再使用的對象的記憶體空間。

　　在.NET平台中，我們的Managed 程式碼一般都不再關心記憶體的管理，一切都有CLR（Common language Runtime）去幫我們完成了。當我們開闢記憶體空間用來建立對象時，使用new關鍵字，這時CLR會分配一塊記憶體存放對象，大部分時候，我們都不用自己去釋放記憶體空間，而是由CLR在某個適當的時候幫我們釋放掉。　

　　為什麼要GC？

　　1.建立新對象開闢記憶體空間，在使用完後需要釋放記憶體，提高效能

　　2.避免開發人員直接操作記憶體，提高安全性

　　GC的過程

　　我們運行.NET程式後，OS Loader首先識別出IL，然後會載入CLR的核心庫，進行一系列的必要處理後，CLR來到我們編寫的代碼入口處執行。

　　當我們的在代碼中使用new操作符建立class時，CLR便在叫作GC堆（GC Heap）的記憶體地區上分配一塊記憶體存放我們的對象，若對象的Size超過85K位元組時，考慮到效能原因，將對象建立在LOH（Large Object Heap）上而不是GC堆上【注1】，若我們在class中定義了解構函式來釋放非託管資源【注2】，則CLR會在一個叫做終結器隊列(Finalizer Queue)的地方添加一個指向該class的項。

　　我們的程式在啟動並執行過程，在某個時候需要進行記憶體回收了【注3】，首先GC會暫時掛起所有線程，然後確定對象引用的roots【注4】，並根據參考關聯性建立出由roots出發可以達到的對象形成的對象圖，這些對象暫時還在使用，而那些已建立的卻不在對象圖中的對象則是不可達到的，也就是垃圾了，屬於要回收的對象。隨後將仍然使用的對象移動到存活期更久的地區【注5】，更改地區指標以回收對象，壓縮記憶體去除記憶體空隙，並修複對移動的仍存活對象的引用指標，對於有解構函式的對象，則第一次回收時不會回收，而是將其在終結器隊列中移除，並添加到另一個標為準備終止的對象列表中，另一個GC線程會調用此列表指向的對象的Finalize()，回收非託管資源，然後將項從列表中移除，下一次的GC才會真正回收掉該對象。

 

　　注1：對象建立在Heap上的細節

　　1）為了更高效的進行GC，.NET將GC堆分成了3個代，Gen0，Gen1和Gen2。

　　2）這3個代只是邏輯上的劃分，在記憶體中，他們的地址是連續的。

　　3）Gen0和Gen1之和的大小大約是16M（workstation GC模式下）和64M（server GC模式下）。

　　4）新建立對象Size小於85k位於Gen0上，大於85K的則建立在LOH上。

　　注2：定義解構函式釋放非託管資源

　　Finalize方法是用來釋放對象中使用的非託管資源，他是作為Dispose()方法的一種安全防護措施，即代碼中沒有顯示的調用Dispose()來釋放非託管資源時，GC時調用Finalize方法來釋放，Finalize方法中並不直接釋放非託管資源，而是調用Dispose(false)來釋放。自.NET2.0起，C#中不能直接override Finalize方法，是通過解構函式來實現，解構函式在IL中會被解釋為：

protected override void Finalize() {     　　try    　　{         　　　　//執行自訂資源清理操作    　　}     　　finally    　　{         　　　　base.Finalize();     　　} }

　　預設情況下，一個類是沒有解構函式的，那麼在GC時是不會調用其Finalize()方法的。

　　注3：GC發生的時機

　　1）當Gen0的記憶體使用量達到一個閾值時，將引發Gen0的GC，同理Gen1達到時，會Gen0和Gen1同時GC，若Gen2達到時，則會引發Full GC

　　2）Windows報告記憶體不足時

　　3）調用GC.Collect時

　　4）其他情況：CLR卸載AppDimain，實體記憶體不足等

 　　注4：確定對象引用根

　　對象的引用根主要來自於：FInalize Queue，CPU寄存器中的對象指標，全域對象、靜態變數、局部對象、函數調用參數等。

　　注5： GC時對象的轉移

　　1）Gen0 GC時，會將Gen0中存活的對象整體移動到Gen1中，然後壓縮Gen1，使Gen1中的記憶體連續，同理Gen1中移動到Gen2。

 

　　2）Gen2 GC時，此時發生的GC也稱為Full GC，會回收整個Heap上的對象，Gen2上的對象將不再移動，而是壓縮記憶體空間。

　　3）LOH中的對象在Full GC時被回收，但其記憶體不會被壓縮，而是使用一個空閑列表free list記錄LOH中的空閑空間，對釋放出來的空間進行管理。

　　4）若對象是pinned object，則此對象不能被移動， 會造成記憶體片段。