C#記憶體管理與記憶體回收

記憶體回收還得從根說起，就像生兒育女一樣。

根：根是一個位置，存放一個指標，該指標指向託管堆中的一個對象，或是一個null 指標不指向任何對象，即為null。根存線上程棧或託管堆中，大部分的跟都線上程棧上，因為定義的變數就存線上程棧上，類型對象指標存在託管堆中，因為執行個體化一個對象要額外分配兩個欄位“類型對象指標”和“同步塊索引”。

 

類型對象指標的作用。執行個體化一個對象並沒有為其方法分配記憶體，類型的靜態欄位分配記憶體，而執行個體要向調用屬於類型的一些東西，就必須通過類型對象指標。如對象的執行個體是共用類型的方法，執行個體只需要通過類型對象指標調用類型的方法，更多關於方法的調用請看我的這篇部落格。

 

同步塊索引的作用。1：用於lock，使對象在同一時刻只能一個線程訪問；2：用於擷取對象的hashCode;3:在記憶體回收時標誌某個對象是否是垃圾。關於lock最經典的一個例子就是單例了，大家的實現都是執行個體化一個object對象，然後鎖住它，然後在判斷是否要執行個體要實現單例的那個對象。我們為什麼要執行個體化一個object，而不是直接lock(typeof(object))，那是因為這樣會把object這個類型給鎖住，鎖住期間，任何使用線程使用lock(typeof(object))就必須等待，object還是可以正常使用。lock能起到單線程訪問的原因是：它裡面有一個空的for死迴圈，一直在讀同步塊索引中的一個位，如果這個位沒有被標誌跳出迴圈，如果被標誌就一直執行迴圈，直到方法執行完成，其他線程就一直等待，現在你知道lock能使你的程式只能單線程反問也知道lock的效率低了吧。

 

NextObjPtr一個最牛B的指標。CLR中的所有資源都從託管堆中分配，託管堆是一塊連續的記憶體空間，維護一個指標NextObjPtr，它指向上一個對象地址的後面，下一個對象的開始位置，若託管堆中沒有對象就指向託管堆的開始位置，每分配一個對象就將NextObjPtr指向這個對象的後面，以準備開始分配下一個對象。NextObjptr指標移動的位置其實就是上一個對象所在空間的長度，從指向對象的開始位置改為對象的末尾嗎。從哪裡開始指派至就全靠NextObjPtr啦。

 

執行個體化一個對象需要多少空間？對象的所有欄位所需的記憶體+類型對象指標+同步塊索引。關於類型對象指標和同步塊索引的作用前面已經提過了。有些欄位沒有明顯定義，但它確確實實存在，每個對象除了object的對象都有base欄位，通過它可以調用父類的執行個體欄位和方法，通過它你可以訪問你爺爺的爺爺定義的欄位和方法。CLR用遞迴的方式調用父類的方法，當然也要看，你爺爺是否願意讓你調用，原因你懂的。

 

在記憶體回收開始之前速度比C快。對象就這樣開心的在託管堆中分配，託管堆的容量是有限的，總有一天第0代會滿，容不下一粒沙子。記憶體回收就出場了，在記憶體回收出場之前，你使用記憶體很happy，當然速度是非常快，比C語言的速度還快，因為C的記憶體是隨便分配，只要找到合適大小的地區，就在那裡分配記憶體了，這樣會導致記憶體片段，有時需要一塊大的記憶體，需要遍曆多處。記憶體回收的時候日子就不是那麼好過了。速度肯定比C慢了，看下面你就知道記憶體回收的時候，程式的速度為什麼慢了。

 

記憶體回收分兩步：1：標記；2：壓縮

1：標記。在記憶體回收開始的時候，記憶體回收行程視託管堆中的所有對象都為垃圾，即線程棧上沒有指標指向託管堆。這樣的估計是因為一個對象被視為垃圾就是它沒有被引用，當記憶體回收開始的時候，記憶體回收行程會沿著線程棧線性掃描，當線程棧上的一個變數引用了託管堆中的對象時，記憶體回收行程就會將這個對象標記，即修改該對象同步塊索引中的一個特定的位，同步塊索引就是一個bit數組，每一個元素都有它特定的作用，上面就列出了我所知道的三個功能。被標記的對象也可能引用其他的對象，而被引用的對象同樣會被標記，記憶體回收行程是用遞迴的方式將這些對象一一標記的，一個對象可能會被多個對象引用，當記憶體回收行程發現某個對象被標記時就會退出遞迴，因為再往下遞迴完全是多餘，而且還可能出現死迴圈。

記憶體回收行程就這樣線性掃描線程棧，遞迴的掃描託管堆，最後將託管堆中所有被引用的對象標記，而沒有被標記的對象就是垃圾，等著被回收。

 

2：壓縮。當垃圾被回收之後，就會出現磁碟片段，那麼就要對託管堆進行整理，即壓縮。將沒有被回收的對象放在一起，靠近託管堆開始的位置，將剩餘的記憶體騰出空間來以便存放新的對象。由於壓縮很多個物件就會移動位置，而引用他們的指標都會變得無效，所以託管堆要修改所有指標的指向，以保證不會因為記憶體回收而讓對象變得不可到達，指標變得無效。

壓縮完了之後，又騰出了空間，又可以分配新的對象，當第0代滿了之後又進行記憶體回收，記憶體回收就這樣一直進行著，直到回收了3代還是沒有記憶體可以分配，那就是彈盡糧絕的時候了，CLR會告訴你OutOfMemoryException。CLR的記憶體被的程式吃光了。更多關於代的資訊，可以看我的這篇部落格。在第0代滿的時候就會進行記憶體回收，第0代回收完之後還是沒有足夠的記憶體存放當前對象就回收第1代，如果還是不夠就回收第2代，夠就不回收下一代，記憶體回收還可以用代碼控制GC.Collect()。

更多關於記憶體管理和記憶體回收的內容，請等待我的下一篇部落格。

 

作者：陳太漢

部落格：http://www.cnblogs.com/hlxs/