.NET的垃圾回收機制是一個非常強大的功能，盡管我們很少主動使用，但它一直在默默的在后台運行，我們仍需要意識到它的存在，了解它，做出更高效的.NET應用程序；下面我分享一下我對於垃圾回收機制（GC）的學習心得。
GC的必要性
我們知道程序會需要向內存堆使用new請求內存，然后將請求的內存初始化並使用，使用完畢之后，變清理資源和釋放內存，等待別的程序來請求使用；對內存資源的管理方式，現在存在這么幾種管理方式：
1、手動管理：C、C++
2、計數管理：COM
3、自動管理：.NET、JAVA、PHP
現在的高級語言基本上都實現了自動管理內存，這是因為手動管理內存會因為人為的原因產生以下問題：
1、開發人員忘記釋放請求的內存，造成內存泄漏，若是內存泄露過多，則可能會造成內存溢出，導致程序無法運行；
2、應用程序訪問已釋放的內存，造成數據讀取錯誤。
由此可見，手動去管理堆里面的內存可靠程度，會因開發人員的不同而不同，在C++因指針而出現的問題可不少；而且易出現Bug等亂七八糟的問題，影響系統穩定性，所以自動化管理內存是必要的。
GC的工作原理
通用概念
回收時機
當應用程序分配新的對象，GC的代的預算大小已經達到閾值，比如GC的第0代已滿；
代碼主動顯式調用System.GC.Collect()；
其他特殊情況，比如，windows報告內存不足、CLR卸載AppDomain、CLR關閉，甚至某些極端情況下系統參數設置改變也可能導致GC回收。
應用程序根
應用程序根（application root）：根（root）就是一個存儲位置其中保存着對托管堆上一個對象的引用，根可以屬性下面任何一個類別
- 全局對象和靜態對象的引用
- 應用程序代碼庫中局部對象的引用
- 傳遞進一個方法的對象參數的引用
- 等待被終結（finalize，后面介紹）對象的引用
- 任何引用對象的CPU寄存器
代
垃圾回收器將托管堆(heap)里面的對象划分為3個代（一般為3代），可以使用GC.MaxGeneration()方法來進行查詢當前系統所支持的最大代數：
1、G0 小對象(Size<85000Byte)：新分配的小於85000字節的對象
2、G1:在GC中幸存下來的G0對象
3、G2:大對象(Size>=85000Byte);在GC中幸存下來的G1對象
當一個對象被new的時候，它的代為0，經過一次回收之后，若該對象沒有被回收，則代上升，變為1，若每次回收都幸存下來，則代都會上升，最大代為操作系統所支持的最大代。
因為將對象以代划分，並且可以單獨回收某一個世代，避免回收整個托管堆，提升性能。一個基於代的垃圾回收器有一下特點：
1、對象越新，生存期越短；
2、對象越老，生存期越長；
3、回收堆的一部分，速度快於回收整個堆。
工作過程
標記對象
在垃圾回收的第一步就是標記對象：垃圾回收器會認為托管堆中的所有對象都是垃圾，然后垃圾回收器會去檢查所有的應用程序根，遍歷每個根所引用到的對象，將其標記為活動的（live ），所有的根對象都檢查完之后，有標記的對象就是可達對象，未標記的對象就是不可達對象，不可達對象就是回收的目標。
弱引用對象則不在考慮范圍之內，所以一定會被回收掉的。
銷毀對象，釋放內存
在經過第一步的對象篩選之后，回收沒有被引用的對象，就是不可達對象，GC調用對象默認的終結器Finalize()，銷毀對象之后，將內存也釋放掉。
同時，還存在引用的對象，就是可達對象的世代變為下一個世代。
壓縮堆內存
經過第二步的銷毀對象和釋放內存之后，幸存下來的對象在堆中的排列可能是不連續的，這時在堆中存在非常多的內存碎片，程序在new對象的時候都是請求一段連續的內存，則內存碎片可能就無法再次利用（雖然沒有被使用），造成內存資源的浪費，所以垃圾回收的最后一步就是壓縮內存：將垃圾回收后幸存的對象移動到一起，並且將各個對象的引用更新到對象新的位置上，保證對象引用的正確性。
注：從這里看得出，在壓縮堆內存的時候，所有相關線程必須暫停，因為壓縮時不能保證對象引用的正確性，所以在垃圾回收的時候，GC會劫持所有相關線程，在回收完畢之后，被劫持的線程才會正常工作，所以垃圾回收勢必會影響一定的性能，所以慎用System.GC.Collect()。
Finalize()與Dispose()
上面說到，GC在回收對象的時候是調用對象的終結器Finalize()來實現的，那么，就簡單的總結一下Finalize()與Dispose()吧：
1、調用者：
Finalize只能由GC調用
Dispose由開發人員顯示調用，也可以使用use區塊，在程序離開區塊使自動調用Dispose方法
2、調用時機：
Finalize由於是GC調用的，所以調用時機是垃圾回收的時候調用，時機不確定
Dispose由於是顯示調用，所以調用時機是確定的，在調用方法的時候就調用了
3、目的：
這里的目的主要說是Dispose出現的目的；
首先是.NET存在托管資源和非托管資源，一般來說，非托管資源數量有限，比較珍貴，在使用完畢之后，希望能夠釋放掉，那么將釋放非托管資源的方法寫到終結器Finalize里面也是可以的，但是由於Finalize的調用時機不確定，導致釋放資源不及時，那么有限的非托管資源很快就被占用完畢，所以，為了能夠及時的釋放掉這類資源，我們需要能夠顯示調用的方法，這就是Dispose。
Finalize主要是為了GC釋放托管資源和銷毀對象，釋放內存
Dispose主要是為了釋放托管和非托管資源和銷毀對象，釋放內存
注：不必擔心資源的重復釋放問題，就算是重復釋放，.NET也做好了相應措施來處理，不會拋出異常。
下面貼一個MSDN推薦的標准的Dispose實現方式
class Class : IDisposable { // 標識：是否釋放托管資源 private bool disposed = false; // 顯示調用的方法 public void Dispose() { Dispose(true); // 將對象從垃圾回收器鏈表中移除， // 從而在垃圾回收器工作時，只釋放托管資源，而不執行此對象的析構函數 GC.SuppressFinalize(this); } // 受保護的釋放資源方法 protected virtual void Dispose(bool disposing) { if (!this.disposed) { if (disposing) { // 此處寫釋放托管資源的方法 } disposed = true; // 此處寫釋放非托管資源的方法 } } ~Class() { // 這里是防止忘記顯示調用Dispose()，在GC進行垃圾回收的時候進行釋放非托管資源 Dispose(false); } }
總結
GC所帶來的便利是不言而喻的，但是這是付出一定的系統性能來實現的：在垃圾回收的時候GC會劫持所有相關的線程，並且會有一定的時空開銷，所以在平時開發過程中注意一些良好的開發習慣可能會對GC有一些積極的影響。
1、盡量不要new很大的對象，大對象（>=85000Byte）直接歸為G2代，GC回收算法從來不對大對象堆（LOH）進行內存壓縮整理，移動大對象將會消耗更多的CPU時間，也更容易造成內存碎片。這里也可以將大對象或者生命周期長的對象進行池化。
2、不要頻繁的new生命周期短的小對象，這可能會導致頻繁的垃圾回收，這里可以考慮使用結構體放在棧中來代替，或者也可以使用對象池化來優化。
3、不推薦使用對象池化的解決方案，它比較笨重和容易出錯，設計一個高性能穩定的對象池並不容易。
4、降低對象之間的縱向深度，GC在回收過程中，會先順着根來進行對象遍歷和標記，減少深度可以加快遍歷速度；若系統中各個類之間的關系錯綜復雜，那么考慮一下設計方案是否合理。
當然注意的地方還有不少，最后貼一篇博客，這里介紹了如何編寫高性能的.NET代碼，其中的GC介紹非常詳細：