C# ~ 由 IDisposable 到 GC

IDisposable 接口

托管资源和非托管资源

托管资源
- CLR 控制和管理的内存资源，如程序中在 Heap 上分配的对象、作用域内的变量等；
- GC 机制实现自动内存管理和托管堆的全权管理；
非托管资源
- CLR 不能控制管理的部分，如文件流Stream/数据库连接coonection/窗口句柄/组件COM等；
- Finalize 方法(析构函数) GC 隐式自动调用，Dispose 方法手动强制显式调用；
- 尽量避免使用 Finalize() 方法清理资源，推荐实现 Dispose() 方法供显式调用；

注：MSDN - 实现 Finalize() 方法或析构函数对性能可能会有负面影响。用 Finalize() 方法回收对象占用的内存至少需要两次垃圾回收，第一次调用析构函数，第二次删除对象。 GC 机制在回收托管对象内存之前，会先调用对象的析构函数。　　

析构函数(Finalize方法) .vs. Dispose方法

Finalize 方法用于释放非托管资源，Dispose 方法用于清理或释放由类占用的非托管和托管资源。IDisposable 接口定义见上，自定义类应实现 IDisposable 接口，设计原则：

可以重复调用 Dispose() 方法；
析构函数应该调用 Dispose() 方法；
Dispose() 方法应该调用 GC.SuppressFinalize() 方法，指示垃圾回收器不再重复回收该对象；

在一个包含非托管资源的类中，资源清理和释放的标准模式是：

继承 IDisposable 接口；
实现 Dispose() 方法，在其中释放托管和非托管资源，并将对象从垃圾回收器链表中移除；
实现类的析构函数，在其中释放非托管资源；

其中，变量 "isDisposing" 来区分手动显式调用（true）还是GC隐式调用（false）。

  public class MyDispose : IDisposable

  {

      public MyDispose() { }

      ~MyDispose() {

          Dispose(false);

      }

      private bool isDisposed = false;

      public void Dispose(){

          Dispose(true);

          System.GC.SuppressFinalize(this);

      }

      protected virtual void Dispose(bool isDisposing)  // 子类可重写

      {

          if (false == this.isDisposed)

          {

              if (true == isDisposing){

                  OtherManagedObject.Dispose();      // 释放托管资源 ...

              }

              OtherUnManagedObjectDisposeOrClose();  // 释放非托管资源 ...

              this.isDisposed = true;

          }

      }

  }

析构函数执行在类的实例被销毁之前需要的清理或释放非托管资源的行为，注意不能在析构函数中释放托管资源。类的析构函数被编译后自动生成 protected void Finalize() 方法，GC 垃圾回收时会调用该方法并对继承链中的所有实例递归地调用 Finalize() 方法。

Object.Finalize() 方法不可重写。

类的析构函数不可继承和重载、不能带访问修饰符，一个类至多有一个析构函数；
析构函数只针对类的实例对象，没有静态析构函数；

 protected void Finalize(){

     try{

         //

     }

     finally{

         base.Finalize();

     }

 }

Finalize() 方法被调用的情况：

显式调用System.GC 的 Collect方法（不建议）；
Windows 内存不足、第G0代对象充满；
应用程序被关闭或 CLR 被关闭；

Dispose() 方法的调用分 2 种：

使用 using 语句会自动调用：using( MyDispose myObj = new MyDispose() ) {…}
显式调用：myObj.Dispose()；

一个资源安全的类，都应实现 IDisposable 接口和析构函数，提供手动释放资源和系统自动释放资源的双保险。（1）若一个类A有一个实现了 IDisposable 接口类型的成员并创建（创建而不是接收，必须是由类A创建）它的实例对象，则类A也应该实现 IDisposable 接口并在 Dispose 方法中调用所有实现了 IDisposable 接口的成员的 Dispose 方法；（2）如果基类实现了 IDisposable 接口，那么其派生类也要实现 IDisposable 接口，并在其 Dispose 方法中调用基类中 Dispose 方法；只有这样才能保证所有实现了 IDisposable 接口的类的对象的 Dispose 方法能被调用到、手动释放任何需要释放的资源。

参考

为什么 IEnumerator 接口没有继承 IDisposable 接口；
托管资源和非托管资源； IDisposable接口的一个典型例子；
Finalize - Dispose - SuppressFinalize； IDisposable和Finalize的区别和联系；
对.Net 垃圾回收 Finalize 和 Dispose 的理解；
深刻理解 C# 中资源释放；

GC 垃圾回收

本质：跟踪所有被引用到的对象，整理不再被引用的对象并回收相应内存。

优点

减少由于内存运用不当产生的Bug，降低编程复杂度；
高效的内存管理；
提高软件系统的内聚；

代 Generation

NET 垃圾回收器将 CLR 托管堆内的对象分为三代：G0、G1、G2，代龄机制支持有选择地查询，提高垃圾回收性能，避免回收整个托管堆。

G0：小对象(Size<85000Byte)，最近被分配内存的对象，支持快速存取对象；
G1：在GC中幸存下来的G0对象，CLR 检查过一次未被回收的G0对象；
G2：大对象(Size>=85000Byte)，CLR 检查过二次及以上仍未被回收的G1/G2对象；

通过 GC.GetGeneration() 方法可以返回对象所处的代。当第0代对象已满时，自动进行垃圾回收，第0代中未被释放的对象成为第1代，新创建的对象成为第0代，以此类推，当第0代再次充满时会再次执行垃圾回收，未被释放的对象被添加到第1代。随着程序的执行，第1代对象会产生垃圾，此时垃圾回收器并不会立即执行回收操作，而是等第1代被充满回收并整理内存，第1代中未被释放的对象成为第2代。当第1代收集时，第0代也需要收集，当第2代收集时，第1和第0代也需要收集。

根 root

每个应用程序都包含一组根，每个根都是一个存储位置，包含一个指针或引用托管堆上的一个对象或为null，由 JIT编译器和 CLR运行时维护根(指针)列表。

工作原理

基于代的垃圾回收器如下假设：

对象越新，生存期越短，最近分配内存空间的对象最有可能被释放，搜索最近分配的对象集合有助于花费最少的代价来尽可能多地释放内存空间；
对象越老，生存期越长，被释放的可能性越小，经过几轮GC后，对象仍然存在，搜索代价大、释放内存空间小；
程序的局部性原理：同时分配的内存对象通常同时使用，将它们彼此相连有助于提高缓存性能和回收效率；
回收堆的一部分速度快于回收整个堆；

标记和清除 (Mark & Sweep) 收集算法：避免出现 "环引用" 造成内存泄露
利用内部结构的终止队列(Finalization Queue) 跟踪保存具有 Finalize 方法(定义了析构函数)的对象。

ReRegisterForFinalize()：将对象的指针重新添加到Finalization队列中；(允许系统执行Finalize方法)
SuppressFinalize()：将对象的指针从Finalization 队列中移除；(拒绝系统执行Finalize方法)

程序创建具有 Finalize 方法的对象时，垃圾回收器会在终止队列中添加一个指向该对象的项（引用或指针）。当对象不可达时，没有定义析构函数的不可达对象直接由 GC 回收，定义了析构函数的不可达对象从终止队列中移除到终止化-可达队列(F-reachable Queue)中。在一个特殊的专用线程上，垃圾回收器会依次调用该队列中对象的 Finalize 方法并将其从队列中移除，执行后该对象和没有Finalize方法的垃圾对象一样，然后在下一次 GC 中被回收。（GC线程和 Finalizer线程不同）
算法分 2 步：

标记阶段：垃圾识别。从应用程序的 root 出发，利用相互引用关系，递归标记（DFS），存活对象被标记，维护一张树图："根-对象可达图"；　
压缩阶段：内存回收。利用 Compact 压缩算法，移动内存中的存活对象（大对象除外）并修改根中的指针，使内存连续、解决内存碎片问题，有利于提高内存再次分配的速度和高速缓存的性能；

参考

C#基础知识梳理系列十一：垃圾回收机制；步步为营 C# 技术漫谈四、垃圾回收机制(GC)；
垃圾回收机制 - Generation的原理分析；
详解 Finalization队列与 F-reachable队列；深入浅出理解 GC 机制；
垃圾回收GC：.Net自动内存管理系列；

内存泄漏

按照编译原理，内存分配策略有3种：

静态存储区（方法区）：编译时即分配好，程序整个运行期间都存在，主要存放静态数据、全局static数据和常量
栈区：局部变量，自动释放
堆区：malloc或new的动态分配区，需手动释放

推荐使用 .Net 内存分析工具：CLR Profiler，用来观察托管堆内存分配和研究垃圾回收行为的一种工具。

附注：

该处提供一个狂降内存的方法（摘自网上），可以极大优化程序内存占用。
这个函数是将程序的物理内存尽可能转换为虚拟内存，大大增加硬盘读写，是不好的，慎用！！
使用方法：在程序中用一个计时器，每隔几秒钟调用一次该函数，打开任务管理器

    [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "SetProcessWorkingSetSize")]

    public static extern int SetProcessWorkingSetSize(IntPtr process, int minSize, int maxSize);

    /// <summary>

    /// 释放内存

    /// </summary>

    public static void ClearMemory()

    {

        GC.Collect();

        GC.WaitForPendingFinalizers();

        if (Environment.OSVersion.Platform == PlatformID.Win32NT)

        {

            SetProcessWorkingSetSize(System.Diagnostics.Process.GetCurrentProcess().Handle, -1, -1);

        }

    }