浅谈你感兴趣的 C# GC 机制底层

本文内容是学习CLR.via C#的21章后个人整理，有不足之处欢迎指导。

昨天是1024，coder的节日，我为自己coder之路定下一句准则--保持学习，保持自信，保持谦逊，保持分享，越走越远。

第一部分—基本原理思想

垃圾回收机制是针对托管堆而言。

不同于C的运行时堆，托管堆是内存是连续的，每次分配新内存，NextObjPtr指针只需要加上新分配内存块大小即可。C运行时堆为了维护链表的完整性，每当分配新的内存时，遍历链表，一旦发现足够大的内存块，则拆分块，修改节点中的指针。从托管堆中分配内存的速度，几乎可以与线程栈分配相媲美。

GC机制回收的就是托管堆中的垃圾对象。

第二部分—基本算法思想

GC检查托管堆中是否有不再使用的对象。

那么什么是不再使用的对象？

首先要解释什么是根（root）。每个应用程序都有一组根，每个根都是一个存储位置，其中包含指向引用类型对象的一个指针。该指针要么运用托管堆中的一个对象，要么为null。类型中定义的任何静态字段被认为是一个根，任何方法参数或者局部变量也被认为是一个根。只有引用类型变量，才被认为是根，值类型的变量永远不被认为是根。

GC开始执行时，假设所有对象都是垃圾。

GC沿着线程栈上检查所有的根，如果发现了一个跟引用堆中的对象，则在这个对象的“同步索引字段”上开启一位，也就是将这个bit设置为1，也就是说这个对象被标记了。

GC就是这样，以递归的方式遍历所有可达的对象。可达的对象也就是说有根的对象，就是在标记阶段被标记的，也就是本次不回收的。所以不可达的对象就被回收了。

进入第二阶段--压缩阶段。

实际上此压缩非彼压缩，在这里是指碎片整理，如何整理呢？如果发现晓得内存块，GC忽略它们，如果发现大的，可用的连续内存块，GC把非垃圾对象移动到这里以压缩堆。

包含只想这些对象的指针的变量和CPU寄存器，现在都会变得无效，NextObjPtr也应重新指向托管堆的结尾。

第三部分—终结列表和F-reachable队列

说到终结列表要从某些不仅占用内存的对象说起，比如FileStream,它不仅占用内存资源，也在占用本地资源。

Finalize方法就是用于释放本地资源的方法。

那么这个终结列表用来做什么呢？微软当然不会画蛇添足，请仔细看好下面这段：

既占用内存资源，又占用本地资源的，在GC回收这样对象所占的内存时，仅仅回收内存时不够的，因为一定要调用Finalize方法来释放本地资源啊！强烈不建议在代码中我们手动Finalize,这需要堆Finalize的实现有相当深刻并且全面的理解。那么微软的GC是什么怎么来给我们执行的呢？这就用到了终结列表，为了一定要保证执行Finalize,在最初我们new操作符分配内存地时候，如果该对象的类型中定义了Finalize方法，那么将该对象的一个指针方法到终结列表当中，当此类对象在托管堆中判定为垃圾的时候，GC扫描终结列表，以查找这些对象的指针，该指针会从终结列表中移除，并追加到F-reachable队列。

那么这个队列干嘛的呢？我认为唯一的目的就是复活对象，并调用Finalize方法释放本地资源(如果对象是死的，我们无法调用其方法)，调用方法的是一个微软定义好的优先级比较高的一个线程，听说这样做有很多好处。那么为什么放到F-reachable队列中就复活了？f(finalization)终结，reachable可达的。换言之，可将这个队列看做静态字段那样的一个跟。

第四部分—代的思想和原理

GC机制无论何时，都分为三代，0代，1代，2代。

代是什么，微软关于这个做了假设，新对象生存周期比较短，而老对象倾向于活的久一些。所在代越高的对象，存活的越久，所在代越低的对象，越容易被回收。

代就是托管堆中被分配的内存而已，也可以说把托管堆分成三部分吧？

0代初始的预算大小为256kb,当0代中的内存用完时，为新对象分配内存，0代内存不够用时，GC开始回收第一代，未被标记的对象当然回收，已标记的对象则这些对象提高一代，进入1代区域，与此同理，当一代内存已满时，回收1代，此时根对象也就是标记的对象提升至2代。

再次重点说一下三代预算大小分别为256KB,2MB,10MB,预算大小以提升性能为宜，预算越大，垃圾回收频率越低。再次注意的是，性能提升的理论源于开始的假设：新对象生存期较短，老对象倾向于活的久一些。请仔细看下面一段。

如果GC回收后，0代存活下来的对象很少，或者说回收的内存很多。0代预算可能会从256调整为128。代的分配空间减少，意味着回收频繁回收频繁，但GC所做的工作会减少，从而减小进程的工作集，最理想的状态是0代对象都是当做垃圾被回收，这样不必压缩内存，NextObjPtr指向0代起始处。这样来讲，最开始的假设是是成立的。