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Effective C#原則18:實現標准的處理(Dispose)模式

編輯:關於C#

我們已經討論過,處理一個占用了非托管資源對象是很重要的。現在是時候 來討論如何寫代碼來管理這些類占用的非內存資源了。一個標准的模式就是利用 .Net框架提供的方法處理非內存資源。你的用戶也希望你遵守這個標准的模式。也就是通過實現IDisposable接口來釋放非托管的資源,當然是在用戶記得調用 它的時候,但如果用戶忘記了,析構函數也會被動的執行。它是和垃圾回收器一 起工作的,確保在一些必要時候,你的對象只會受到因析構函數而造成的性能損 失。這正是管理非托管資源的好方法,因此有必要徹底的弄明白它。

處 在類繼承關系中頂層的基類應該實現IDisposable接口來釋放資源。這個類型也 應該添加一個析構函數,做為最後的被動機制。這兩個方法都應該是用虛方法來 釋放資源,這樣可以讓它的派生類重載這個函數來釋放它們自己的資源。派生類 只有在它自己須要釋放資源時才重載這個函數,並且一定要記得調用基類的方法 。

開始時,如果你的類使用了非內存資源,則一定得有一個析構函數。 你不能指望你的用戶總是記得調用Dispose方法,否則當他們忘記時,你會丟失 一些資源。這或許是因為他們沒有調用Dispose的錯誤,但你也有責任。唯一可 以確保非內存資源可以恰當釋放的方法就是創建一個析構函數。所以,添加一個 析構函數吧!

當垃圾回收器運行時,它會直接從內存中移除不用析構的垃 圾對象。而其它有析構函數的對象還保留在內存中。這些對象被添加到一個析構 隊列中,垃圾回收器會起動一個線程專門來析構這些對象。當析構線程完成它的 工作後,這些垃圾對象就可以從內存中移除了。就是說,須要析構的對象比不須 要析構的對象在內存中待的時間要長。但你沒得選擇。如果你是采用的這種被動 模式,當你的類型占用非托管資源時,你就必須寫一個析構函數。但目前你還不 用擔心性能問題,下一步就保證你的用戶使用更加簡單,而且可以避免因為析構 函數而造成的性能損失。

實現IDisposable接口是一個標准的模式來告訴 用戶和進行時系統:你的對象占有資源而且必須及時的釋放。IDisposable接口 只有一個方法:

public interface IDisposable
{
  void Dispose( );
}

實現IDisposable.Dispose()方法有責 任完成下面的任務:

1、感知所有的非托管資源。

2、感知所有的 托管資源(包括卸載一些事件)。

3、設置一個安全的標記來標識對象已經 被處理。如果在已經處理過的對象上調用任何方法時,你可以檢驗這個標記並且 拋出一個ObjectDisposed的異常。

4、阻止析構。你要調用 GC.SuppressFinalize(this)來完成最後的工作。

通過實現IDisposable 接口,你寫成了兩件事:第一就是提供了一個機制來及時的釋放所有占用的托管 資源(譯注:這裡就是指托管資源,當實現了這個接口後,可以通過調用Dispose 來立即釋放托管資源),另一個就是你提供了一個標准的模式讓用戶來釋放非托 管資源。這是十分重要的,當你在你的類型上實現了IDisposable接口以後,用 戶就可以避免析構時的損失。你的類就成了.Net社區中表現相當良好的成員。

但在你創建的機制中還是存在一些漏洞。如何讓一個派生類清理自己的 資源,同時還可以讓基類很好的再做資源清理呢?(譯注:因為調用Dispose方法 時,必須調用基類的Dispose,當然是在基類有這個方法時。但前面說過,我們 只有一個標記來標識對象是否處理過,不管先調用那個,總得有一個方法不能處 理這個標記,而這就存在隱患) 如果基類重載了析構函數,或者自己添加實現了 IDisposable接口,而這些方法又都是必須調用基類的方法的;否則,基類無法 恰當的釋放資源。同樣,析構和處理共享了一些相同的職責:幾乎可以肯定你是 復制了析構方法和處理方法之間的代碼。正如你會在原則26中學到的,重載接口 的方法根本沒有如你所期望的那樣工作。Dispose標准模式中的第三個方法,通 過一個受保護的輔助性虛函數,制造出它們的常規任務並且掛接到派生類來釋放 資源。基類包含接口的核心代碼, 派生類提供的Dispose()虛函數或者析構函數 來負責清理資源:

protected virtual void Dispose( bool isDisposing );

重載的方法同時完成析構和處理必須提供的任務 ,又因為它是虛函數,它為所有的派生類提供函數入口點。派生類可以重載這個 函數,提供恰當的實現來釋放它自己的資源,並且調用基類的函數。當

isDisposing為true時你可能同時清理托管資源和非托管資源,當 isDisposing為false時你只能清理非托管資源。兩種情況下,都可以調用基類的 Dispose(bool)方法讓它去清理它自己的資源。

當你實現這樣的模式時, 這裡有一個簡單的例子。MyResourceHog 類展示了IDisposable的實現,一個析 構函數,並且創建了一個虛的Dispose方法:

public class MyResourceHog : IDisposable
{
 // Flag for already disposed
 private bool _alreadyDisposed = false;
 // finalizer:
 // Call the virtual Dispose method.
  ~MyResourceHog()
 {
  Dispose( false );
 }
 // Implementation of IDisposable.
 // Call the virtual Dispose method.
 // Suppress Finalization.
 public void Dispose()
 {
  Dispose( true );
  GC.SuppressFinalize( true );
 }
 // Virtual Dispose method
 protected virtual void Dispose( bool isDisposing )
 {
  // Don't dispose more than once.
  if ( _alreadyDisposed )
    return;
  if ( isDisposing )
  {
   // TODO: free managed resources here.
  }
  // TODO: free unmanaged resources here.
  // Set disposed flag:
   _alreadyDisposed = true;
 }
}

如果派生類有另外 的清理任務,就讓它實現Dispose方法:

public class DerivedResourceHog : MyResourceHog
{
 // Have its own disposed flag.
 private bool _disposed = false;
 protected override void Dispose( bool isDisposing )
 {
  // Don't dispose more than once.
  if ( _disposed )
    return;
  if ( isDisposing )
  {
   // TODO: free managed resources here.
  }
  // TODO: free unmanaged resources here.
  // Let the base class free its resources.
  // Base class is responsible for calling
   // GC.SuppressFinalize( )
  base.Dispose( isDisposing );
  // Set derived class disposed flag:
  _disposed = true;
 }
}

注和意,派生類和基類都有一個處理狀態的標記, 這完全是被動的。重制的標記掩蓋了在處理時任何可能發生的錯誤,而且是單一 的類型處理,而不是處理構成這個對象的所有類型。(譯注:就是基類與子類各 自標記一個,互不影響。)

你應該被動的寫處理方法和析構函數,處理對 象可能以任何順序發生,你可能會遇到這種情況:你的類中某個成員在你調用 Dispose方法以前已經被處理過了。你沒有看到這種情況是因為Dispose()方法是 可以多次調用的。如果在一個已經被處理過的對象上調用該方法,就什麼也不發 生。析構函數也有同樣的規則。任何對象的引用存在於內存中時,你不用檢測 null引用。然而,你引用的對象可能已經處理掉了,或者它已經析構了。

這就引入用了一個非常重要的忠告:對於任何與處理和資源清理相關的 方法,你必須只釋放資源! 不要在處理過程中添加其它任何的任務。你在處理和 清理中添加其它任務時,可能會在對象的生存期中遇到一些嚴重而繁雜的問題。 對象在你創建它時出生,在垃圾回收器認領它時死亡。你可以認為當你的程序不 能再訪問它們時,它們是睡眠的。你無法訪問對象,無法調用對象的方法。種種 跡象表明,它們就像是死的。但對象在宣布死亡前,析構函數還有最後一氣。析 構函數什麼也不應該做,就是清理非托管資源。如果析構函數通過某些方法讓對 象又變得可訪問,那麼它就復活了。(譯注:析構函數不是用戶調用的,也不 由.Net系統調用,而是在由GC產生的額外線程上運行的) 它又活了,但這並不好 。即使是它是從睡眼中喚醒的。這裡有一個明顯的例子:

public class BadClass
{
 // Store a reference to a global object:
 private readonly ArrayList _finalizedList;
  private string _msg;
 public BadClass( ArrayList badList, string msg )
 {
  // cache the reference:
   _finalizedList = badList;
  _msg = (string)msg.Clone();
  }
 ~BadClass()
 {
  // Add this object to the list.
  // This object is reachable, no
  // longer garbage. It's Back!
  _finalizedList.Add( this );
 }
}

當一個BadClass對象的析構函數執行時,它把自己的一 個引用添加到了全局的鏈表中。這使得它自己又是可達的,它就又活了。前面向 你介紹的這個方法會遇到一些讓人畏縮的難題。對象已經被析構了,所以垃圾回 收器從此相信再也不用調用它的析構函數了。如果你實際要析構一個可達對象, 這將不會成功。其次,你的一些資源可能不再有用。GC不再從內存上移除那些只 被析構隊列引用的對象,但它們可能已經析構了。如果是這樣,它們很可能已經 不能使用了。(譯注:也就是說利用上面的那個方法讓對象復活後,很有可能對 象是不可用的。)盡管BadClass所擁有的成員還在內存裡,它們像是可以被析構 或者處理,但C#語言沒有一個方法可以讓你控制析構的次序,你不能讓這樣的結 構可靠的運行。不要嘗試。

我還沒有看到這樣的代碼:用這樣明顯的方 式來復活一個對象,除非是學術上的練習。但我看過這樣的代碼,析構函數試圖 完成一些實質的工作,最後還通過析構函數的調用把引用放到對象中,從而把自 己復活。析構函數裡面的代碼看上去是精心設計的,另外還有處理函數裡的。再 檢查一遍,這些代碼是做了其它事情,而不是釋放資源!這些行為會為你的應用 程序在後期的運行中產生很多BUG。刪除這些方法,確保析構函數和Dispose()方 法除了清理資源外,什麼也不做。

在托管環境裡,你不用為每一個創建 的類寫析構函數;只有須要釋放一些使用的非托管資源時才添加,或者你的類所 包含的成員有實現了IDisposable接口的時候也要添加。即使如此,你也只用實 現IDisposable接口完成所有的功能就行了,不用析構函數。否則,你會限制你 的派生類實現實現標准的Dispose習慣。 遵守這個我所講敘的標准的Dispose習 慣。這會讓你的程序生活變得輕松,也為你的用戶,也為那些從你的類創建派生 類的人。

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