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.Net Discovery系列之四 深入理解.Net垃圾收集機制(下)

編輯:關於.NET

上一節給大家介紹了 .Net GC的運行機制,下面來講下與GC相關的重要方法。

第二節.GC關鍵方法解析

1.Dispose()方法

Dispose可用於釋放所有資源,包括托管的和非托管的,需要自己實現。

大多數的非托管資源都要求手動釋放,我們應當為釋放非托管資源公開一個方法,實現釋放非托管資源的方法有很多種,實現IDispose接口的Dispose方法是最好的,這可以給使用你類庫的程序員以明確的說明,讓他們知道怎樣釋放你的資源;而且C#中用到的using語句快,也是在離開語句塊時自動調用Dispose方法。

這裡需要注意的是,如果基類實現了IDispose接口,那麼它的派生類也必須實現自己的IDispose,並在其Dispose方法中調用基類中Dispose方法。只有這樣的才能保證當你使用派生類實例後,釋放資源時,連同基類中的非托管資源一起釋放掉。

插曲:使用using與try+finally的區別

可以說2者沒有任何區別,因為using只是編輯器級的優化,它與try+finally有著相同的作用,以下是一段使用using的代碼,它在IL階段也是以try+finally呈現的:

C#:

public partial class _Default : System.Web.UI.Page
    {
     protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
     {
       using (DataSet ds = new DataSet())
       {
        }
     }
   }

   MSIL:
   .method family hidebysig instance void  Page_Load(object sender,class [mscorlib]System.EventArgs e) cil managed
   {
    // 代碼大小       29 (0x1d)
    .maxstack  2
    .locals init ([0] class [System.Data]System.Data.DataSet ds,
             [1] bool CS$4$0000)
    IL_0000:  nop
    IL_0001:  newobj     instance void [System.Data]System.Data.DataSet::.ctor()
    IL_0006:  stloc.0
    .try
    {
      IL_0007:  nop
      IL_0008:  nop
      IL_0009:  leave.s    IL_001b
    }  // end .try
    finally
    {
      IL_000b:  ldloc.0
      IL_000c:  ldnull
      IL_000d:  ceq
      IL_000f:  stloc.1
      IL_0010:  ldloc.1
      IL_0011:  brtrue.s   IL_001a
      IL_0013:  ldloc.0
      IL_0014:  callvirt   instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
      IL_0019:  nop
      IL_001a:  endfinally
    }  // end handler
    IL_001b:  nop
    IL_001c:  ret
   } // end of method _Default::Page_Load

但是,using的優點是,在代碼離開using塊時,using會自動調用Idispose接口的Dispose()方法。

2. GC.Collect()方法

如果我們在程序中顯式的調用了垃圾收集器的collect接口,那麼垃圾收集器會立即運行,完成內存對象的標記、壓縮與清除工作,使用GC.Collect(i)還可以指定回收的代,然而aicken並不贊成各位同學顯式調用它:

⑴. GC.Collect()做的並不只是回收內存,就像第一節中介紹的,在回收了內存之後,GC會重新整理內存,修正對象指針,讓空閒內存連續,供CLR順序分配內存,提高新建對象的效率。內存壓縮整理工作非常耗用計算資源。

⑵.很少有人會關心到GC除了在內存吃緊以及資源空閒時運行,還會在什麼時候運行。 其實GC的運行時機,還要受到一個叫做“策略引擎”的部件控制,它會觀察GC的收集頻率、效率等等。它會根據GC回收效果,調整GC運行的頻率:即當某次GC回收效果頗豐時,它便會增加GC運行的頻率,反之亦然。

所以如果剛剛發生了一次自然的收集,垃圾對象就會非常之少,而此時程序又顯式的進行了收集調用,那麼自然, GC雖然小有收獲,但是策略引擎就會認為:這很不值得,才收集了這麼點垃圾,也許該減少GC的次數。這樣一來,垃圾收集器努力保持的自然節奏就被打亂了。

同時,對象類型的創建效率與頻率,也會被“策略引擎”捕捉到,從而改變代的數量與容量。

所以,額外的調用GC,代價高昂,甚至會降低效率。顯示的調用GC.Collect(),實質是在用“時間換空間”,而通常在程序設計中,我們推薦的設計原則是“空間換時間”,比如使用各種各樣的緩存。

也有例外,如果你掌握了整個應用程序的情況,明確的知道何時會產生大量垃圾,也是可以顯示調用該方法的。

綜上,盡量不要顯示調用GC.Collect(),因為服務器的CPU比內存要貴的多!

3. 析構函數(Finalize())

我們知道,GC只負責釋放托管資源,非托管資源GC是無法釋放的。類似文件操作、數據庫連接等都會產用非托管資源。

Finalize方法是用於釋放非托管資源的,等同於C#中是析構函數,C#編譯器在編譯構造函數時,會隱式的將析構函數編譯為Finalize()對應的代碼,並確定在finally塊中執行了base.Finalize()。

析構函數中只能釋放非托管資源,而不要在任何托管資源進行析構,原因如下:

⑴你無法預測析構函數的運行時機,它不是按順序執行的。當析構函數被執行的時候,也許你進行操作的托管資源已經被釋放了。

⑵包含Finalize()的對象,需要GC的兩次處理才能刪除。

⑶CLR會在單獨的線程上執行所有對象的Finalize()方法,無疑,如果頻繁的Finalize(),會降低系統的性能。

下面我們來重點說說第⑵點,為何包含Finalize()的對象,需要兩次GC才能被清除。

首先要了解與Finalize相關的兩個隊列:終止隊列(Finalization Queue)與可達隊列(Freachable Queue),這兩個隊列存儲了一組指向對象的指針。

當程序中在托管堆上分配空間時(new),如果該類含有析構函數,GC將在Finalization Queue中添加一個指向該對象的指針。

在GC首次運行時,會在已經被確認為垃圾的對象中遍歷,如果某個垃圾對象的指針被Finalization Queue包含,GC將這個對象從垃圾中分離出來,將它的指針儲存到Freachable Queue中,並在Finalization Queue刪除這個對象的指針記錄,這時該對象就不是垃圾了——這個過程被稱為是對象的復生(Resurrection)。當Freachable Queue一旦被添加了指針之後,它就會去執行對象的Finalize()方法,清除對象占用的資源。

當GC再次運行時,便會再次發現這個含有Finalize()方法的垃圾對象,但此時它在Finalization Queue中已經沒有記錄了(GC首次運行時刪掉了它的Finalization Queue記錄),那麼這個對象就會被回收了。

至此,通過GC兩次運行,終於回收了帶有析構函數的對象。

復活實例:

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
   {
     Resource re = new Resource();
     re = null;GC.Collect();
     GC.WaitForPendingFinalizers();
     //首次GC.Collect()沒起作用哦。
     label1.Text = re.num.ToString();
   }
   public class Resource
  {
   public int num;
     ~Resource()
     {
       。。。
     }
   }

看了上面的代碼,大家應該了解什麼是復活了吧!那麼為什麼要復生呢?因為首次GC時,這個對象的Finalize()方法還沒有被執行,如果不經過復生就被GC掉,那麼就連它的Finalize()一起回收了,Finalize()就無法運行了,所以必須先復生,以執行它的Finalize(),然後再回收。

還有兩個方法ReRegisterForFinalize和SuppressFinalize需要講一講,ReRegisterForFinalize是將指向對象的指針重新添加到Finalization Queue中(即召喚系統執行Finalize()方法),SuppressFinalize是將對象的指針從Finalization Queue中移除(即拒絕系統執行Finalize()方法)。

SuppressFinalize用於那些即有析構函數來釋放資源,又實現了Dispose()方法釋放資源的情況下:將GC.SuppressFinalize(this)添加至Dispose()方法中,以確保程序員調用Dispose()後,GC就不必再次收集了,例如以下代碼:

public class Resource : Idisposable
   {
      private bool isDispose = false;
      //實現Dispose(),後面還有析構函數,以防程序員忘記調用Dispose()方法
      public void Dispose() {
      Dispose(true);
       GC.SuppressFinalize(this);
    }
   protected virtual void Dispose(bool disposing)
   {
    if (!isDispose)
    {
     if (disposing)
     {
      //清理托管資源
     }
     //清理非管資源
    }
    isDispose = true;
   }
   ~ Resource ()
   {
    Dispose(false);
   }
  }

即實現Idisposable中的Dispose()方法,又使用析構函數,一個雙保險,大家不要迷惑,其實在釋放非托管資源時,使用一個即可,推薦使用前者。

4.弱引用(WeakReference)

最後一個話題:弱引用。在編程中,對於那些大對象建議使用這種引用方式,這種引用不影響GC回收:我們用過了某個對象,然後將其至null,這樣GC就可以快速回收它了,但是沒過多久我們又需要這個對象了,沒辦法,只好重新創建實例,這樣就浪費了創建實例所需的計算資源;而如果不至null,就會浪費內存資源。對於這種情況,我們可以創建一個這個大對象的弱引用,這樣在內存不夠時GC可以快速回收,而在沒有被GC回收前我們還可以再次利用該對象。

public class SomeObject
   {
     。。。
   }

   public static void Main()
   {
      SomeObject so = new SomeObject();
      WeakReference WRso = new WeakReference(so);
     so = null;
      Console.WriteLine(WRso.IsAlive); // True
      // 調用GC 手動回收。
      GC.Collect();
      Console.WriteLine(WRso.IsAlive); // False

   }

看到沒,在so = null;後,它的弱引用依然是可用的。所以對於大對象的使用,aicken建議使用此種方式。另外,弱引用有長短之分:長弱引用在對象終結後,依然追蹤對象;短弱引用則反之,aicken不建議人為干預GC的工作成果,所以推薦使用短弱引用,即上面代碼中的方式。

通過以上的講解,相信大家已經能夠很全面的了解.Net GC方面的知識了。

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