垃圾回收.png

​ 在C#中,内存的是由CLR进行管理，而在C\C++中内存是由程序员手动管理。这样的弊端就很明显：1.忘记释放不需要的内存，造成内存泄露；2.尝试访问已释放的内存，造成内存破坏，程序错误，进而造成安全漏洞。而C#中由系统管理，不需要的内存，由CLR进行清理。清理不需要的内存，就是C#中的垃圾回收。

1.从托管堆分配资源

​ 在CLR中,所有对象都是从托管堆中分配，在进程初始化时，CLR会为此进程划分一份地址空间区域作为托管堆，并且CLR中维护一个指针NextObjPtr（初始化时，为此空间区域的基地址），它指向下一个对象在托管堆中所要分配的地址。当此托管堆区域被非垃圾对象填满时，系统将分配更多地址空间。32位系统最多分配1.5GB，64位系统最多分配8TB。

​ C#在初始化一个对象时有以下操作:

1. 计算类型字段的所需字节数;

2. 加上对象的开销所需字节数(类型对象指针,和同步块索引);

3. CLR检查区域是否有足够的字节数分配给新对象;

​ 在托管堆中一般连续分配的对象都有较强的联系，所以连续的内存地址会引用“局部化”获得性能的提升，这样使进程工作集会非常小，应用程序只需要使用很少的内存，从而 提供速度。以上有个前提是内存无限，现实中，CLR通过“垃圾回收”，去清理不需要的对象，来尽可能增加内存使用效率。

2.垃圾回收算法

​ 当程序调用new操作符时，没有足够的内存空间来分配是，CLR就执行垃圾回收。

1. 引用计数垃圾回收器算法：（在Microsoft的“组件对象模型”用的就是此算法）这种算法，在程序中对上的每个对象都维护着一个内存字段来统计程序有多少“部分”正在使用对象。随着每一“部分”到达代码中某个不需要对象的地方，就递减对象的计数字段。计数字段变成0，对象就可以从内存中删除了。这有个弊端，在GUI应用程序中，窗口将容纳对子UI元素的引用，而子UI元素将容纳对父窗口的引用。这种引用会组织两个对象的计数器达到0，所以这两个对象永远不会删除。

这种算法因为存在问题，所以CLR使用另一种“引用跟踪算法”。

2. 引用跟踪算法:此算法只关心引用类型的变量，只有这种变量才会引用堆上的对象，这种变量称为根。

   (1)CLR开始执行GC时，首先暂停进程中的所有线程（防止线程在检查期间访问对象并更改状态）；

   (2)CLR进入GC的标记阶段，CLR遍历堆中的所有对象，将同步块索引字段中的一位设为0（0表示对象应删除）；

   (3)CLR检查所有活动根，检查他们引用了哪些对象（这就是引用跟踪）。如果根引用了堆上的对象，CLR就会标记被引用的对象，将该对象的同步块索引中的位设为1，一个对象被标记后，CLR会检查对象中的根，并标记他们引用的对象，如果发现对象已经被标记，则不重新检查对象的字段。（这就避免了引用计数垃圾回收器算法中的循环引用而产生的死循环，导致对象无法被删除）。

   (4)检查完毕后，同步块索引中标记为0的被删除，标记为1的保留。

   (5)执行GC中的压缩阶段，这个阶段将保留的对象所占的内存地址进行改变，使他们占用连续的内存地址（好处：1.使保留的对象恢复引用“局部化”，减小程序工作集，提升访问这些对象的性能；2.使剩下的可用空间也是连续的；3. 压缩空间，解决堆中的空间碎片化问题）。

   垃圾回收示例.png

3.代：提升性能

​ CLR中的GC是基于代的垃圾回收器：

1. 对象越新，生存周期越短;
2. 对象越老，生存周期越长；
3. 回收堆的一部分，速度快于回收整个堆。

其工作原理:

1. 当程序首次运行时，新初始化的对象都为第0代对象；
2. 当第0代对象占用的空间达到CLR中的预算容量时（CLR初始化时，会为每代的对象设置一个预存容量），GC开始执行，利用引用跟踪算法，将不可达的对象清理，而未清理的对象成为第1代对象。所以每次GC后，第0代就没有对象了；
3. 然后新创建的对象则会分配到0代中，循环上面的清理过程。
4. 当第1代对象占用的内存空间达到预设容量时，GC就是利用引用跟踪算法，清理第1代对象，而未清理的对象则会升为第2代对象（第2代对象为GC中的最高代对象，GC中只包含3代对象），在第1代对象没有达到预设容量时，则不会管第1代中的对象，就算在执行GC时，第1代中含有不可达对象，也不会在此时清理。
5. 当然CLR中对每代对象的预设对象不是恒定不变的，比如：当每次回收第0代对象后，所存活的对象很少，则会减少第0代对象的内存空间预设容量；反之，每次回收第0代对象后，所存的对象很多，则会增加第0代对象的内存空间预设容量。

第一次垃圾回收.png

一个新初始化的堆,其中包含了一些对象, 这些对象都是0代, 有颜色的是可达对象, 无颜色的是不可达的.

第一次垃圾回收后.png

经过一次垃圾回收, 第0代中的可达对象升级为第1代 ; 其他的被清除, 此时第0代没有对象

垃圾回收2.png

第0代分配了新对象,第1代有垃圾产生(第1代内存未达到预设值)

垃圾回收3.png

第2次回收后,第0代的可达对象升级为第1代, 之前第1代中的垃圾并没有被清理

垃圾回收4.png

第1代产生更多垃圾, 第0代有新增对象

垃圾回收5.png

第3次回收, 因为第1代已达到预设值, 则将第1代可达对象升级为第2代, 第0代可达对象升级为第1代.(垃圾回收中 最高为第2代)

4.垃圾回收触发条件

1. CLR在检测到第0代超过预算时;

2. 代码显示调用system.GC的静态Collect方法;

3. Windows报告低内存情况;

4. CLR正在卸载AppDomain;

5. CLR正在关闭.