GC作為.NET的重要核心基礎，是必須要了解的。本文主要側重於GC內存管理中的一些關鍵點，如要要全面深入了解其精髓，最好還是多看看書。
常見面試題目:
1. 簡述一下一個引用對象的生命周期？
2. 創建下面對象實例，需要申請多少內存空間？
public class User { public int Age { get; set; } public string Name { get; set; } public string _Name = "123" + "abc"; public List<string> _Names; }
3. 什么是垃圾？
4. GC是什么，簡述一下GC的工作方式？
5. GC進行垃圾回收時的主要流程是？
6. GC在哪些情況下回進行回收工作？
7. using() 語法是如何確保對象資源被釋放的？如果內部出現異常依然會釋放資源嗎？
8. 解釋一下C#里的析構函數？為什么有些編程建議里不推薦使用析構函數呢？
9. Finalize() 和 Dispose() 之間的區別？
10. Dispose和Finalize方法在何時被調用？
11. .NET中的托管堆中是否可能出現內存泄露的現象？
12. 在托管堆上創建新對象有哪幾種常見方式？
深入GC與內存管理
托管堆中存放引用類型對象，因此GC的內存管理的目標主要都是引用類型對象，本文中涉及的對象如無明確說明都指的是引用類型對象。
對象創建及生命周期
一個對象的生命周期簡單概括就是：創建>使用>釋放，在.NET中一個對象的生命周期：
- new創建對象並分配內存
- 對象初始化
- 對象操作、使用
- 資源清理（非托管資源）
- GC垃圾回收
那其中重要的一個環節，就是對象的創建，大部分的對象創建都是開始於關鍵字new。為什么說是大部分呢，因為有個別引用類型是由專門IL指令的，比如string有ldstr指令（參考前面的文章：.NET面試題解析(03)-string與字符串操作），0基數組好像也有一個專門指令。
引用對象都是分配在托管堆上的， 先來看看托管堆的基本結構，如下圖，托管堆中的對象是順序存放的，托管堆維護着一個指針NextObjPtr，它指向下一個對象在堆中的分配位置。
創建一個新對象的主要流程：
以題目2中的代碼為例，模擬一個對象的創建過程：
public class User { public int Age { get; set; } public string Name { get; set; } public string _Name = "123" + "abc"; public List<string> _Names; }
- 對象大小估算，共計40個字節：
- 屬性Age值類型Int，4字節；
- 屬性Name，引用類型，初始為NULL，4個字節，指向空地址；
- 字段_Name初始賦值了，由前面的文章（.NET面試題解析(03)-string與字符串操作）可知，代碼會被編譯器優化為_Name=”123abc”。一個字符兩個字節，字符串占用2×6+8（附加成員：4字節TypeHandle地址，4字節同步索引塊）=20字節，總共內存大小=字符串對象20字節+_Name指向字符串的內存地址4字節=24字節；
- 引用類型字段List<string> _Names初始默認為NULL，4個字節；
- User對象的初始附加成員（4字節TypeHandle地址，4字節同步索引塊）8個字節；
- 內存申請： 申請44個字節的內存塊，從指針NextObjPtr開始驗證，空間是否足夠，若不夠則觸發垃圾回收。
- 內存分配： 從指針NextObjPtr處開始划分44個字節內存塊。
- 對象初始化： 首先初始化對象附加成員，再調用User對象的構造函數，對成員初始化，值類型默認初始為0，引用類型默認初始化為NULL；
- 托管堆指針后移： 指針NextObjPtr后移44個字節。
- 返回內存地址： 返回對象的內存地址給引用變量。
GC垃圾回收
GC是垃圾回收（Garbage Collect）的縮寫，是.NET核心機制的重要部分。她的基本工作原理就是遍歷托管堆中的對象，標記哪些被使用對象（那些沒人使用的就是所謂的垃圾），然后把可達對象轉移到一個連續的地址空間（也叫壓縮），其余的所有沒用的對象內存被回收掉。
首先，需要再次強調一下托管堆內存的結構，如下圖，很明確的表明了，只有GC堆才是GC的管轄區域，關於加載堆在前面文中有提到過（.NET面試題解析(04)-類型、方法與繼承）。GC堆里面為了提高內存管理效率等因素，有分成多個部分，其中 兩個主要部分：
- 0/1/2代：代齡（Generation）在后面有專門說到；
- 大對象堆(Large Object Heap)，大於85000字節的大對象會分配到這個區域，這個區域的主要特點就是：不會輕易被回收；就是回收了也不會被壓縮（因為對象太大，移動復制的成本太高了）；
圖3（Figure-3）
什么是垃圾？簡單理解就是沒有被引用的對象。
垃圾回收的基本流程包含以下三個關鍵步驟：
① 標記
先假設所有對象都是垃圾，根據應用程序根指針Root遍歷堆上的每一個引用對象，生成可達對象圖，對於還在使用的對象（可達對象）進行標記（其實就是在對象同步索引塊中開啟一個標示位）。
其中Root根指針保存了當前所有需要使用的對象引用，他其實只是一個統稱，意思就是這些對象當前還在使用，主要包含：靜態對象/靜態字段的引用；線程棧引用（局部變量、方法參數、棧幀）；任何引用對象的CPU寄存器；根引用對象中引用的對象；GC Handle table；Freachable隊列等。
② 清除
針對所有不可達對象進行清除操作，針對普通對象直接回收內存，而對於實現了終結器的對象（實現了析構函數的對象）需要單獨回收處理。清除之后，內存就會變得不連續了，就是步驟3的工作了。
③ 壓縮
把剩下的對象轉移到一個連續的內存，因為這些對象地址變了，還需要把那些Root跟指針的地址修改為移動后的新地址。
垃圾回收的過程示意圖如下：
垃圾回收的過程是不是還挺辛苦的，因此建議不要隨意手動調用垃圾回收GC.Collect()，GC會選擇合適的時機、合適的方式進行內存回收的。
關於代齡（Generation）
當然，實際的垃圾回收過程可能比上面的要復雜，如果沒次都掃描托管堆內的所有對象實例，這樣做太耗費時間而且沒有必要。分代(Generation)算法是CLR垃圾回收器采用的一種機制，它唯一的目的就是提升應用程序的性能。分代回收，速度顯然快於回收整個堆。分代(Generation)算法的假設前提條件：
1、大量新創建的對象生命周期都比較短，而較老的對象生命周期會更長
2、對部分內存進行回收比基於全部內存的回收操作要快
3、新創建的對象之間關聯程度通常較強。heap分配的對象是連續的，關聯度較強有利於提高CPU cache的命中率
如圖3，.NET將托管堆分成3個代齡區域: Gen 0、Gen 1、Gen 2：
- 第0代，最新分配在堆上的對象，從來沒有被垃圾收集過。任何一個新對象，當它第一次被分配在托管堆上時，就是第0代（大於85000的大對象除外）。
- 第1代，0代滿了會觸發0代的垃圾回收，0代垃圾回收后，剩下的對象會搬到1代。
- 第2代，當0代、1代滿了，會觸發0代、1代的垃圾回收，第0代升為第1代，第1代升為第2代。
大部分情況，GC只需要回收0代即可，這樣可以顯著提高GC的效率，而且GC使用啟發式內存優化算法，自動優化內存負載，自動調整各代的內存大小。
非托管資源回收
.NET中提供釋放非托管資源的方式主要是：Finalize() 和 Dispose()。
Dispose()：
常用的大多是Dispose模式，主要實現方式就是實現IDisposable接口，下面是一個簡單的IDisposable接口實現方式。
public class SomeType : IDisposable { public MemoryStream _MemoryStream; public void Dispose() { if (_MemoryStream != null) _MemoryStream.Dispose(); } }
Dispose需要手動調用，在.NET中有兩中調用方式：
//方式1：顯示接口調用 SomeType st1=new SomeType(); //do sth st1.Dispose(); //方式2：using()語法調用，自動執行Dispose接口 using (var st2 = new SomeType()) { //do sth }
第一種方式，顯示調用，缺點顯而易見，如果程序猿忘了調用接口，則會造成資源得不到釋放。或者調用前出現異常，當然這一點可以使用try…finally避免。
一般都建議使用第二種實現方式，他可以保證無論如何Dispose接口都可以得到調用，原理其實很簡單，using()的IL代碼如下圖，因為using只是一種語法形式，本質上還是try…finally的結構。
Finalize() ：終結器（析構函數）
首先了解下Finalize方法的來源，她是來自System.Object中受保護的虛方法Finalize，無法被子類顯示重寫，也無法顯示調用，是不是有點怪？。她的作用就是用來釋放非托管資源，由GC來執行回收，因此可以保證非托管資源可以被釋放。
- 無法被子類顯示重寫：.NET提供類似C++析構函數的形式來實現重寫，因此也有稱之為析構函數，但其實她只是外表和C++里的析構函數像而已。
- 無法顯示調用：由GC來管理和執行釋放，不需要手動執行了，再也不用擔心猿們忘了調用Dispose了。
所有實現了終結器（析構函數）的對象，會被GC特殊照顧，GC的終止化隊列跟蹤所有實現了Finalize方法（析構函數）的對象。
- 當CLR在托管堆上分配對象時，GC檢查該對象是否實現了自定義的Finalize方法（析構函數）。如果是，對象會被標記為可終結的，同時這個對象的指針被保存在名為終結隊列的內部隊列中。終結隊列是一個由垃圾回收器維護的表，它指向每一個在從堆上刪除之前必須被終結的對象。
- 當GC執行並且檢測到一個不被使用的對象時，需要進一步檢查“終結隊列”來查詢該對象類型是否含有Finalize方法，如果沒有則將該對象視為垃圾，如果存在則將該對象的引用移動到另外一張Freachable列表，此時對象會被復活一次。
- CLR將有一個單獨的高優先級線程負責處理Freachable列表，就是依次調用其中每個對象的Finalize方法，然后刪除引用，這時對象實例就被視為不再被使用，對象再次變成垃圾。
- 下一個GC執行時，將釋放已經被調用Finalize方法的那些對象實例。
上面的過程是不是很復雜！是就對了，如果想徹底搞清楚，沒有捷徑，不要偷懶，還是去看書吧！
簡單總結一下：Finalize()可以確保非托管資源會被釋放，但需要很多額外的工作（比如終結對象特殊管理），而且GC需要執行兩次才會真正釋放資源。聽上去好像缺點很多，她唯一的優點就是不需要顯示調用。
有些編程意見或程序猿不建議大家使用Finalize，盡量使用Dispose代替，我覺得可能主要原因在於：第一是Finalize本身性能並不好；其次很多人搞不清楚Finalize的原理，可能會濫用，導致內存泄露。因此就干脆別用了，其實微軟是推薦大家使用的，不過是和Dispose一起使用，同時實現IDisposable接口和Finalize（析構函數），其實FCL中很多類庫都是這樣實現的，這樣可以兼具兩者的優點：
- 如果調用了Dispose，則可以忽略對象的終結器，對象一次就回收了；
- 如果程序猿忘了調用Dispose，則還有一層保障，GC會負責對象資源的釋放；
性能優化建議
盡量不要手動執行垃圾回收的方法：GC.Collect()
垃圾回收的運行成本較高（涉及到了對象塊的移動、遍歷找到不再被使用的對象、很多狀態變量的設置以及Finalize方法的調用等等），對性能影響也較大，因此我們在編寫程序時，應該避免不必要的內存分配，也盡量減少或避免使用GC.Collect()來執行垃圾回收，一般GC會在最適合的時間進行垃圾回收。
而且還需要注意的一點，在執行垃圾回收的時候，所有線程都是要被掛起的（如果回收的時候，代碼還在執行，那對象狀態就不穩定了，也沒辦法回收了）。
推薦Dispose代替Finalize
如果你了解GC內存管理以及Finalize的原理，可以同時使用Dispose和Finalize雙保險，否則盡量使用Dispose。
選擇合適的垃圾回收機制：工作站模式、服務器模式
題目答案解析:
1. 簡述一下一個引用對象的生命周期？
- new創建對象並分配內存
- 對象初始化
- 對象操作、使用
- 資源清理（非托管資源）
- GC垃圾回收
2. 創建下面對象實例，需要申請多少內存空間？
public class User { public int Age { get; set; } public string Name { get; set; } public string _Name = "123" + "abc"; public List<string> _Names; }
40字節內存空間，詳細分析文章中給出了。
3. 什么是垃圾？
一個變量如果在其生存期內的某一時刻已經不再被引用，那么，這個對象就有可能成為垃圾
4. GC是什么，簡述一下GC的工作方式？
GC是垃圾回收（Garbage Collect）的縮寫，是.NET核心機制的重要部分。她的基本工作原理就是遍歷托管堆中的對象，標記哪些被使用對象（哪些沒人使用的就是所謂的垃圾），然后把可達對象轉移到一個連續的地址空間（也叫壓縮），其余的所有沒用的對象內存被回收掉。
5. GC進行垃圾回收時的主要流程是？
① 標記：先假設所有對象都是垃圾，根據應用程序根Root遍歷堆上的每一個引用對象，生成可達對象圖，對於還在使用的對象（可達對象）進行標記（其實就是在對象同步索引塊中開啟一個標示位）。
② 清除：針對所有不可達對象進行清除操作，針對普通對象直接回收內存，而對於實現了終結器的對象（實現了析構函數的對象）需要單獨回收處理。清除之后，內存就會變得不連續了，就是步驟3的工作了。
③ 壓縮：把剩下的對象轉移到一個連續的內存，因為這些對象地址變了，還需要把那些Root跟指針的地址修改為移動后的新地址。
6. GC在哪些情況下回進行回收工作？
- 內存不足溢出時（0代對象充滿時）
- Windwos報告內存不足時，CLR會強制執行垃圾回收
- CLR卸載AppDomian，GC回收所有
- 調用GC.Collect
- 其他情況，如主機拒絕分配內存，物理內存不足，超出短期存活代的存段門限
7. using() 語法是如何確保對象資源被釋放的？如果內部出現異常依然會釋放資源嗎？
using() 只是一種語法形式，其本質還是try…finally的結構，可以保證Dispose始終會被執行。
8. 解釋一下C#里的析構函數？為什么有些編程建議里不推薦使用析構函數呢？
C#里的析構函數其實就是終結器Finalize，因為長得像C++里的析構函數而已。
有些編程建議里不推薦使用析構函數要原因在於：第一是Finalize本身性能並不好；其次很多人搞不清楚Finalize的原理，可能會濫用，導致內存泄露，因此就干脆別用了
9. Finalize() 和 Dispose() 之間的區別？
Finalize() 和 Dispose()都是.NET中提供釋放非托管資源的方式，他們的主要區別在於執行者和執行時間不同：
- finalize由垃圾回收器調用；dispose由對象調用。
- finalize無需擔心因為沒有調用finalize而使非托管資源得不到釋放，而dispose必須手動調用。
- finalize不能保證立即釋放非托管資源，Finalizer被執行的時間是在對象不再被引用后的某個不確定的時間；而dispose一調用便釋放非托管資源。
- 只有class類型才能重寫finalize，而結構不能；類和結構都能實現IDispose。
另外一個重點區別就是終結器會導致對象復活一次，也就說會被GC回收兩次才最終完成回收工作，這也是有些人不建議開發人員使用終結器的主要原因。
10. Dispose和Finalize方法在何時被調用？
- Dispose一調用便釋放非托管資源；
- Finalize不能保證立即釋放非托管資源，Finalizer被執行的時間是在對象不再被引用后的某個不確定的時間；
11. .NET中的托管堆中是否可能出現內存泄露的現象?
是的，可能會。比如：
- 不正確的使用靜態字段，導致大量數據無法被GC釋放；
- 沒有正確執行Dispose()，非托管資源沒有得到釋放；
- 不正確的使用終結器Finalize()，導致無法正常釋放資源；
- 其他不正確的引用，導致大量托管對象無法被GC釋放；
12. 在托管堆上創建新對象有哪幾種常見方式？
- new一個對象；
- 字符串賦值，如string s1=”abc”；
- 值類型裝箱；
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參考資料:
書籍：CLR via C#
書籍：你必須知道的.NET