從GC的SuppressFinalize方法帶你深刻認識Finalize底層運行機制

如果你經常看開源項目的源碼，你會發現很多Dispose方法中都有這么一句代碼： GC.SuppressFinalize(this); ，看過一兩次可能無所謂，看多了就來了興趣，這篇就跟大家聊一聊。

一：背景

1. 在哪發現的

相信現在Mysql在.Net領域中鋪的面越來越廣了，C#對接MySql的MySql.Data類庫的代碼大家可以研究研究，幾乎所有操作數據庫的幾大對象：MySqlConnection,MySqlCommand,MySqlDataReader以及內部的Driver都存在 GC.SuppressFinalize(this)代碼。

public sealed class MySqlConnection : DbConnection, ICloneable
{
    public new void Dispose()
    {
	    Dispose(disposing: true);
	    GC.SuppressFinalize(this);
    }
}

public sealed class MySqlCommand : DbCommand, IDisposable, ICloneable
{
    public new void Dispose()
    {
	    Dispose(disposing: true);
	    GC.SuppressFinalize(this);
    }
}

2. GC.SuppressFinalize 場景在哪里

先看一下官方對這個方法的解釋，如下所示：

        //
        // Summary:
        //     Requests that the common language runtime not call the finalizer for the specified
        //     object.
        //
        // Parameters:
        //   obj:
        //     The object whose finalizer must not be executed.
        //
        // Exceptions:
        //   T:System.ArgumentNullException:
        //     obj is null.
        [ReliabilityContract(Consistency.WillNotCorruptState, Cer.Success)]
        [SecuritySafeCritical]
        public static void SuppressFinalize(object obj);

意思就是說: 請求 CLR 不要調用指定對象的終結器，如果你對終結器的前置基礎知識不足，那這句話肯定不是很明白，既然都執行了Dispose，說明非托管資源都被釋放了，怎么還壓制CLR不要調用Finalize呢？刪掉和不刪掉這句代碼有沒有什么嚴重的后果，GC類的方法誰也不敢動哈。。。 為了徹底講清楚，有必要說一下Finalize整個原理。

二：資源管理

我們都知道C#是一門托管語言，它的好處就是不需要程序員去關心內存的分配和釋放，由CLR統一管理，這樣編程門檻大大降低，天下攘攘皆為利來，速成系的程序員就越來越多~

1. 對托管資源和非托管資源理解

<1> 托管資源

這個很好理解，你在C#中使用的值類型，引用類型都是統一受CLR分配和GC清理。

<2> 非托管資源

在實際業務開發中，我們的代碼不可能不與外界資源打交道，比如說文件系統，外部網站，數據庫等等，就拿寫入文件的StreamWriter舉例，如下代碼：

        public static void Main(string[] args)
        {
            StreamWriter sw = new StreamWriter("xxx.txt");
            sw.WriteLine("....");
        }

為什么能夠寫入文件？ 那是因為我們的代碼是請求windows底層的Win32 Api幫忙寫入的，這就有意思了，因為這個場景有第三者介入，sw是引用類型受CLR管理，win32 api屬於外部資源和.Net一點關系都沒有，如果你在用完sw之后沒有調用close方法的話，當某個時候GC回收了托管堆上的sw后，這給被打開的win32 api文件句柄再也沒有人可以釋放了，資源就泄露了，如果沒看懂，我畫張圖：

三：頭疼的非托管資源解決方案

1. 使用析構函數

很多時候程序員就是在使用完類之后因為種種原因忘記了手動執行Close方法造成了資源泄露，那有沒有一種機制可以在GC回收堆對象的時候回調我的一個自定義方法呢？如果能實現就🐮👃了，這樣我就可以在自定義方法中做全局的控制。

其實這個自定義方法就是析構函數，接下來我把上面的 StreamWriter 改造下，將 Close() 方法放置在析構函數中，先看一下代碼：

    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
            sw.WriteLine("....");

            GC.Collect();
            Console.ReadLine();
        }
    }

    public class MyStreamWriter : StreamWriter
    {
        public MyStreamWriter(string filename) : base(filename) { }

        ~MyStreamWriter()
        {
            Console.WriteLine("嘿嘿，忘記調用Close方法了吧！ 我來幫你");
            base.Dispose(false);
            Console.WriteLine("非托管資源已經幫你釋放啦，不要操心了哈");
        }
    }

--------- output -----------

嘿嘿，忘記調用Close方法了吧！ 我來幫你
非托管資源已經幫你釋放啦，不要操心了哈

四： 析構函數被執行的底層原理分析

讓GC來通知我的回調方法這本身就很🐮👃，但仔細想想，在垃圾回收時，CLR不是將所有線程都掛起了嗎？怎么還有活動的線程，而且這個線程是來自哪里？ 線程池嗎？ 好，先從理論跟和大家分析一下，析構函數在CLR層面稱為Finalize方法，為了方便后面通過windbg去驗證，這里統一都叫Finalize方法，提前告知。

1. 原理步驟

<1> CLR在啟動時會構建一個“Finalize全局數組”和“待處理Finalize數組” ，所有定義Finalize方法的類，它的引用地址全部額外再灌到“Finalize全局數組”中。

<2> CLR啟動一個專門的“Finalize線程”讓其全權監視“待處理Finalize數組”。

<3> GC在開啟清理前標記對象引用時，如發現某一個對象只有一個在Finalize數組中的引用，說明此對象是垃圾了，CLR將該對象地址轉移到另外一個 “待處理Finalize” 數組中。

<4> 由於該對象還存在引用，所以GC放了一馬，然后“Finalize線程”監視到了 “待處理Finalize數組” 新增的對象，取出該對象並執行該對象的Finalize方法。

<5> 由於是破壞性取出，此時該對象再無任何引用，下次GC啟動時就會清理出去。

看文字有點繞，我畫一張圖幫大家理解下。

2. windbg驗證

<1> 修改Main代碼如下，抓一下dump文件看看 MyStreamWriter是否在Finalize全局數組中。

        public static void Main(string[] args)
        {
            MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
            sw.WriteLine("....");

            Console.ReadLine();
        }

``` C#

0:000> !FinalizeQueue
SyncBlocks to be cleaned up: 0
Free-Threaded Interfaces to be released: 0
MTA Interfaces to be released: 0
STA Interfaces to be released: 0
----------------------------------
generation 0 has 13 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7ae8)
generation 1 has 0 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7a80)
generation 2 has 0 finalizable objects (0000018c2a9b7a80->0000018c2a9b7a80)
Ready for finalization 0 objects (0000018c2a9b7ae8->0000018c2a9b7ae8)
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ff8e7afb2a8        1           32 System.Runtime.InteropServices.NativeBuffer+EmptySafeHandle
00007ff8e7a94078        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafePEFileHandle
00007ff8e7a843b0        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileMappingHandle
00007ff8e7a84320        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeViewOfFileHandle
00007ff8e7b001b8        1           40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandleCache
00007ff8e7ad6df0        1           40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandle
00007ff8e7b133d0        2           64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeRegistryHandle
00007ff8e7a995d0        2           64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
00007ff8e7a93b48        1           64 System.Threading.ReaderWriterLock
00007ff8e7b14d38        1          104 System.IO.FileStream
00007ff889d45b18        1          112 ConsoleApp2.MyStreamWriter
Total 13 objects

很驚喜的看到 MyStreamWriter 就在其中，符合圖中所示。

<2> 查看是否有專門的 “Finalize線程” ，可以通過 !threads 命令查看。

0:000> !threads
ThreadCount:      2
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 1
PendingThread:    0
DeadThread:       0
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   0    1  bf4 0000018c2a990f00    2a020 Preemptive  0000018C2C429168:0000018C2C429FD0 0000018c2a965220 1     MTA 
   6    2 44f4 0000018c2a9b9450    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000018c2a965220 0     MTA (Finalizer) 

看到沒，線程2標記了 MTA (Finalizer) , 說明果然有執行Finalizer方法的專有線程。😁😁😁

<3> 由於水平有限，不知道怎么去看 “待處理Finalize數組”，所以只能驗證等GC回收之后，看下 “Finalize全局數組”中是否還存在MyStreamWriter即可。

        public static void Main(string[] args)
        {
            MyStreamWriter sw = new MyStreamWriter("xxx.txt");
            sw.WriteLine("....");
            GC.Collect();
            Console.ReadLine();
        }

------- output ---------

嘿嘿，忘記調用Close方法了吧！ 我來幫你
非托管資源已經幫你釋放啦，不要操心了哈


0:000> !FinalizeQueue
SyncBlocks to be cleaned up: 0
Free-Threaded Interfaces to be released: 0
MTA Interfaces to be released: 0
STA Interfaces to be released: 0
----------------------------------
generation 0 has 5 finalizable objects (0000021e8051a798->0000021e8051a7c0)
generation 1 has 5 finalizable objects (0000021e8051a770->0000021e8051a798)
generation 2 has 0 finalizable objects (0000021e8051a770->0000021e8051a770)
Ready for finalization 0 objects (0000021e8051a7c0->0000021e8051a7c0)
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ff8e7afb2a8        1           32 System.Runtime.InteropServices.NativeBuffer+EmptySafeHandle
00007ff8e7a94078        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafePEFileHandle
00007ff8e7a843b0        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileMappingHandle
00007ff8e7a84320        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeViewOfFileHandle
00007ff8e7b001b8        1           40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandleCache
00007ff8e7ad6df0        1           40 System.Runtime.InteropServices.SafeHeapHandle
00007ff8e7a995d0        2           64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
00007ff8e7a93b48        1           64 System.Threading.ReaderWriterLock
00007ff8e7a96a10        1           96 System.Threading.Thread
Total 10 objects

可以看到這時候 “全局數組” 沒有引用了，再看一下托管堆是否還存在 MyStreamWriter以及線程棧中是否還有對象引用地址。

0:000> !dumpheap 
         Address               MT     Size
00007ff889d25b00        1          112 ConsoleApp2.MyStreamWriter

Total 423 objects

0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x1b00 (0)
        Child SP               IP Call Site
0000007ecdffe9e0 00007ff8e88c20cc System.IO.__ConsoleStream.ReadFileNative(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte[], Int32, Int32, Boolean, Boolean, Int32 ByRef)
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
0000007ecdffea70 00007ff8e88c1fd5 System.IO.__ConsoleStream.Read(Byte[], Int32, Int32)
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>
0000007ecdffead0 00007ff8e80770f4 System.IO.StreamReader.ReadBuffer()
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>
0000007ecdffeb20 00007ff8e8077593 System.IO.StreamReader.ReadLine()
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
0000007ecdffeb80 00007ff8e8a68b0d System.IO.TextReader+SyncTextReader.ReadLine()
0000007ecdffebe0 00007ff8e8860d98 System.Console.ReadLine()
0000007ecdffec10 00007ff889e30959 ConsoleApp2.Program.Main(System.String[])
0000007ecdffeea8 00007ff8e9396c93 [GCFrame: 0000007ecdffeea8] 

可以看到MyStreamWriter還是存在於托管堆，但是線程棧已再無它的引用地址，就這樣告別了全世界，下次GC啟動就要被徹底運走了。

五：回頭再看 SuppressFinalize

如果你看懂了上面 Finalize 原理，再來看 SuppressFinalize的解釋：‘請求 CLR 不要調用指定對象的終結器’。

就是說當你手動調用Dispose或者Close方法釋放了非托管資源后，通過此方法強制告訴CLR不要再觸發我的析構函數了，否則再執行析構函數相當於又做了一次清理非托管資源的操作，造成未知風險。

好了，本篇就說這么多，希望你對有幫助。

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