從C#垃圾回收(GC)機制中挖掘性能優化方案

　　GC，Garbage Collect，中文意思就是垃圾回收，指的是系統中的內存的分配和回收管理。其對系統性能的影響是不可小覷的。今天就來說一下關於GC優化的東西，這里並不着重說概念和理論，主要說一些實用的東西。關於概念和理論這里只做簡單說明，具體的大家可以看微軟官方文檔。

一、什么是GC                                                                                             

　　GC如其名，就是垃圾收集，當然這里僅就內存而言。Garbage Collector（垃圾收集器，在不至於混淆的情況下也成為GC）以應用程序的root為基礎，遍歷應用程序在Heap上動態分配的所有對象[2]，通過識別它們是否被引用來確定哪些對象是已經死亡的、哪些仍需要被使用。已經不再被應用程序的root或者別的對象所引用的對象就是已經死亡的對象，即所謂的垃圾，需要被回收。這就是GC工作的原理。為了實現這個原理，GC有多種算法。比較常見的算法有Reference Counting，Mark Sweep，Copy Collection等等。目前主流的虛擬系統.NET CLR，Java VM和Rotor都是采用的Mark Sweep算法。(此段內容來自網絡)

.NET的GC機制有這樣兩個問題：

　　首先，GC並不是能釋放所有的資源。它不能自動釋放非托管資源。

　　第二，GC並不是實時性的，這將會造成系統性能上的瓶頸和不確定性。

　　GC並不是實時性的，這會造成系統性能上的瓶頸和不確定性。所以有了IDisposable接口，IDisposable接口定義了Dispose方法，這個方法用來供程序員顯式調用以釋放非托管資源。使用using語句可以簡化資源管理。

 

二、托管資源和非托管資源                                                                           

　　托管資源指的是.NET可以自動進行回收的資源，主要是指托管堆上分配的內存資源。托管資源的回收工作是不需要人工干預的，有.NET運行庫在合適調用垃圾回收器進行回收。

      非托管資源指的是.NET不知道如何回收的資源，最常見的一類非托管資源是包裝操作系統資源的對象，例如文件，窗口，網絡連接，數據庫連接，畫刷，圖標等。這類資源，垃圾回收器在清理的時候會調用Object.Finalize()方法。默認情況下，方法是空的，對於非托管對象，需要在此方法中編寫回收非托管資源的代碼，以便垃圾回收器正確回收資源。

         在.NET中，Object.Finalize()方法是無法重載的，編譯器是根據類的析構函數來自動生成Object.Finalize()方法的，所以對於包含非托管資源的類，可以將釋放非托管資源的代碼放在析構函數。

 

三、關於GC優化的一個例子                                                                          

　　正常情況下，我們是不需要去管GC這些東西的，然而GC並不是實時性的，所以我們的資源使用完后，GC什么時候回收也是不確定的，所以會帶來一些諸如內存泄漏、內存不足的情況，比如我們處理一個約500M的大文件，用完后GC不會立刻執行清理來釋放內存，因為GC不知道我們是否還會使用，所以它就等待，先去處理其他的東西，過一段時間后，發現這些東西不再用了，才執行清理，釋放內存。

　　下面，來介紹一下GC中用到的幾個函數：

　　GC.SuppressFinalize(this); //請求公共語言運行時不要調用指定對象的終結器。

　　GC.GetTotalMemory(false); //檢索當前認為要分配的字節數。 一個參數，指示此方法是否可以等待較短間隔再返回，以便系統回收垃圾和終結對象。

　　GC.Collect();  //強制對所有代進行即時垃圾回收。

GC運行機制

　　寫代碼前，我們先來說一下GC的運行機制。大家都知道GC是一個后台線程，他會周期性的查找對象，然后調用Finalize()方法去消耗他，我們繼承IDispose接口，調用Dispose方法，銷毀了對象，而GC並不知道。GC依然會調用Finalize()方法，而在.NET 中Object.Finalize()方法是無法重載的，所以我們可以使用析構函數來阻止重復的釋放。我們調用完Dispose方法后，還有調用GC.SuppressFinalize(this) 方法來告訴GC，不需要在調用這些對象的Finalize()方法了。

　　下面，我們新建一個控制台程序，加一個Factory類，讓他繼承自IDispose接口，代碼如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace GarbageCollect
{
   public class Factory : IDisposable
   {
      private StringBuilder sb = new StringBuilder();
      List<int> list = new List<int>();

      //拼接字符串，創造一些內存垃圾
      public void MakeSomeGarbage()
      {
         for (int i = 0; i < 50000; i++)
         {
            sb.Append(i.ToString());
         }
      }

      //銷毀類時，會調用析構函數
      ~Factory()
      {
         Dispose(false);
      }

      public void Dispose()
      {
         Dispose(true);
      }

      protected virtual void Dispose(bool disposing)
      {
         if (!disposing)
         {
            return;
         }
         sb = null;
         GC.Collect();
         GC.SuppressFinalize(this);
      }
   }
}

只有繼承自IDispose接口，使用這個類時才能使用Using語句，在main方法中寫如下代碼：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Diagnostics;

namespace GarbageCollect
{
   class Program
   {
      static void Main(string[] args)
      {
         using(Factory f = new Factory())
         {
            f.MakeSomeGarbage();
            Console.WriteLine("Total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         }

         Console.WriteLine("After GC total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         
         Console.Read();
      }
   }
}

運行結果如下，可以看到資源運行MakeSomeGarbage()函數后的內存占用為1796KB，釋放后成了83Kb.

 

代碼運行機制：

　　我們寫了Dispose方法，還寫了析構函數，那么他們分別什么時候被調用呢？我們分別在兩個方法上面下斷點。調試運行，你會發現先走到了Dispose方法上面，知道程序運行完也沒走析構函數，那是因為我們調用了GC.SuppressFinalize(this)方法，如果去掉這個方法后，你會發現先走Dispose方法，后面又走析構函數。所以，我們可以得知，如果我們調用Dispose方法，GC就會調用析構函數去銷毀對象，從而釋放資源。

 

四、什么時候該調用GC.Collect                                                                      

　　這里為了讓大家看到效果，我顯示調用的GC.Collect()方法，讓GC立刻釋放內存，但是頻繁的調用GC.Collect()方法會降低程序的性能，除非我們程序中某些操作占用了大量內存需要馬上釋放，才可以顯示調用。下面是官方文檔中的說明：

　　垃圾回收 GC 類提供 GC.Collect 方法，您可以使用該方法讓應用程序在一定程度上直接控制垃圾回收器。通常情況下，您應該避免調用任何回收方法，讓垃圾回收器獨立運行。在大多數情況下，垃圾回收器在確定執行回收的最佳時機方面更有優勢。但是，在某些不常發生的情況下，強制回收可以提高應用程序的性能。當應用程序代碼中某個確定的點上使用的內存量大量減少時，在這種情況下使用 GC.Collect 方法可能比較合適。例如，應用程序可能使用引用大量非托管資源的文檔。當您的應用程序關閉該文檔時，您完全知道已經不再需要文檔曾使用的資源了。出於性能的原因，一次全部釋放這些資源很有意義。有關更多信息，請參見 GC.Collect 方法。
　　在垃圾回收器執行回收之前，它會掛起當前正在執行的所有線程。如果不必要地多次調用 GC.Collect，這可能會造成性能問題。您還應該注意不要將調用GC.Collect 的代碼放置在程序中用戶可以經常調用的點上。這可能會削弱垃圾回收器中優化引擎的作用，而垃圾回收器可以確定運行垃圾回收的最佳時間。

 

參考資料：http://stackoverflow.com/questions/538060/proper-use-of-the-idisposable-interface