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第二十一章 托管堆和垃圾回收

1. 内存分配过程 CLR维护一个“下一次分配指针”（NextObjPtr），指向当前托管堆中第一个可用的内存地址
   1. 计算类型所需的字节数，加上对象开销（类型对象指针、同步块索引）所需字节数，检查空间是否足够
   2. 如果空间足够，更新指针到分配的对象末尾
   3. 如果空间不足，触发垃圾回收释放未使用内存
2. 垃圾回收算法
   1. 把引用类型变量称为根
   2. 标记：暂停所有线程，遍历堆中所有对象，在同步块索引上标记为应该删除（不可达）；如果任何根引用了堆上的对象，则标记为可达
   3. 压缩：移动幸存的对象，使它们占用连续的空间（类似碎片整理），同时更新被移动对象的地址
   4. 移动NextObjPtr，指向最后一个幸存对象之后的位置
   5. 如果回收不了内存，说明内存已耗尽，抛出异常
3. 静态字段引用的对象一直存在，可能会使其引用的对象一直存活，造成内存泄漏
4. 分代回收算法（原理：新分配的对象生存周期短，老对象生存周期长）
   1. 新创建的对象称为第0代对象，CLR初始化时为第0代选择一个预算容量，当容量不足时触发垃圾回收，幸存的对象就是第1代
   2. 如果根或对象引用了老一代的某个对象，那么可以忽略老对象内部的所有引用；如果老对象引用了新对象，设置了其他机制标记
   3. 如果第1代也用完预算，则变为第2代，同时第0代变为第1代；最高就是第2代，没有第3代
   4. 预算大小是CLR根据每次回收垃圾的多少来动态决定的（启发式算法）
   5. 如果第0代所有对象都是垃圾，可以通过将NextObjPtr移到起始处直接完成垃圾回收
5. 垃圾回收触发条件
   1. 代码显式调用Collect方法回收（不推荐）
   2. windows报告内存低
   3. CLR卸载AppDomain 执行所有代的回收
   4. CLR关闭 进程终止，由windows回收进程全部内存
6. 大对象 大于85KB的大对象专门分配在大对象堆，GC不会压缩大对象，大对象总是第2代
7. 垃圾回收模式
   1. 工作站模式：针对单用户环境优化，单线程垃圾回收，低延迟优先
   2. 服务器模式：针对多用户优化，多线程垃圾回收，堆空间更大，暂停时间较长
8. 应尽量避免使用Finalize：这个方法在GC结束后调用，由于该方法中可能使用到对象的字段，导致对象在回收时延长了存活时间；Finalize方法的执行时间和顺序是不可控制的；Finalize方法在专用的线程上执行，一旦阻塞则无法调用其他Finalize方法造成内存一直泄露
9. 封装本机资源时推荐从SafeHandle类派生，以保证本机资源在垃圾回收时释放
10. IDisposable接口
    1. 如果类定义的一个字段实现了dispose模式，那么类本身也应该实现dispose模式
    2. 对象被显式dispose后，对象本身依然存在
    3. using语句初始化对象，编译器会自动生成try-finally块，并在finally中调用Dispose方法
11. StreamWriter包装了一个Stream(FileStream或MemoryStream)，如果没有显式调用Dispose，会造成缓冲区丢失（StreamWriter不支持终结，就算支持，如果Stream先终结，StreamWriter也无法正确终结）
12. 本机资源可能占用大量内存，而占用很小的托管内存，为使GC能正确感知内存压力，及时执行垃圾回收，可以使用AddMemoryPressure、RemoveMemoryPressure来修正
13. Finalize的原理：维护一个终结列表和F-Reachable队列，当对象的实例构造器被调用前，如果定义了Finalize方法，则加入终结列表；被当可终结对象被回收时，离开终结列表进入freachable 队列(此时对象又有引用了(被这个队列引用)，不再是垃圾)，然后由专用线程调用队列中对象的Finalize方法；调用完成后，对象可能被提升到较老的一代，然后等待下次被回收（此时已经不在终结列表中了，这次会被正常回收）。
14. GCHandle类提供了对托管对象的直接控制，避免垃圾回收器意外回收对象

    1. 标志位GCHanleType定义

       1. Weak，弱引用，此类型的句柄不会阻止垃圾回收器回收对象。如果对象被垃圾回收，句柄会指向 null，回收后不可访问，无法恢复
       2. WeakTrackResurrection，弱引用，但Finalize调用后仍然可达，在终结器完成之前句柄仍有效
       3. Normal，普通句柄，对象在使用该类型的句柄时不会被垃圾回收，必须手动释放句柄
       4. Pinned，固定句柄，对象固定在内存中，垃圾回收器不能移动它

    2. 弱引用：当对象只通过弱引用被引用时，垃圾回收器会认为该对象是不可达的，从而可以对其进行回收

    3. 用GCHandle创建一个对象的弱引用(Weak)，当GCHandle.Target返回null时表示对象已经被回收

    4. 用GCHandle创建一个对象的Normal引用，然后将此对象传给非托管代码，非托管代码就可以使用GCHandle.Target来获取托管对象的指针，这能保证托管对象一直存活、在内存中移动也不丢失；如果已用完，需用Free方法释放

    5. 用GCHandle创建一个对象的Pinned引用，然后用GCHandle.AddrOfPinnedObject获得已固定对象的指针，保证该地址中的数据在内存中不会移动

    6. fixed语句可以直接在unsafe代码块中临时固定对象

    7. ConditionalWeakTable：实现了对Key是弱引用，但只要key未被回收，value一定未被回收