垃圾回收GC:.Net自動內(nèi)存管理 上(一)內(nèi)存分配前言.Net下的GC完全解決了開發(fā)者跟蹤內(nèi)存使用以及控制釋放內(nèi)存的窘態(tài)。然而，你或許想要理解GC是怎么工作的。此系列文章中將會解釋內(nèi)存資源是怎么被合理分配及管理的，并包含非常詳細的內(nèi)在算法描述。同時，還將討論GC的內(nèi)存清理流程及什么時清理，怎么樣強制清理。
引子為你的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)合理的資源管理是一件困難的，乏味的工作。這可能會把你的注意力從你當(dāng)前正在解決的實際問題中轉(zhuǎn)移到它身上。那么，如果有一個現(xiàn)有的機制為開發(fā)者管理令人厭惡的內(nèi)存管理，會不會是件快意人心的事？答案是YES！在.Net中， 有一種垃圾回收機制叫GC。
每一個程序都需要使用一些計算機資源，如內(nèi)存，顯卡，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫等等。實際上，在一個面向?qū)ο蟮沫h(huán)境里，每一個類型都代表著程序需要使用的資源。如果要用到這些資源，則需要分配內(nèi)存呈現(xiàn)這個類型。下面是訪問這些資源的步驟：
這看起來很簡單，但卻是程序錯誤的根本來源。有多少次程序員忘記釋放閑置內(nèi)存？有多少次程序員試圖訪問已經(jīng)釋放的內(nèi)存？
這兩種BUG是最糟糕的情況，因為它們導(dǎo)制的異常結(jié)果和發(fā)生時間是不可預(yù)測的。對于其它的BUG，當(dāng)你看到程序運行錯誤時，直接修復(fù)就行了。這兩種BUG最容易造成程序資源泄漏(浪費內(nèi)存)和程序?qū)ο蟊罎?不穩(wěn)定)，而且還會促使應(yīng)用程序在不可預(yù)知的時間產(chǎn)生不可預(yù)知的行為。當(dāng)然了，有許多工具可用于跟蹤監(jiān)測這種BUG。
當(dāng)我們測試GC時，你應(yīng)該知道它徹底解決了開發(fā)者跟蹤內(nèi)存使用及確定何時釋放內(nèi)存的問題。然而，垃圾回收GC并不了解任何關(guān)于類型在內(nèi)存中代表的資源。這意味著，GC不知道也不會去執(zhí)行第四步：銷毀并清理資源。在.net framework中，程序員在方法Close，Dispose，F(xiàn)inalize中編寫有關(guān)銷毀清理資源的代碼，后續(xù)文章中會介紹。不過，GC能夠決定什么時去自動調(diào)用這些方法。
有一些類型資源不需要清理。如，Rectangle類型可以通過銷毀它在內(nèi)存中的left,right,width和height從而被徹底清理。另一方面，一個文件類型資源或網(wǎng)絡(luò)連接類型資源則需要非常明確的清理代碼來銷毀。我將解釋怎么適當(dāng)?shù)赝瓿蛇@些任務(wù)?，F(xiàn)在，讓我們了解一下內(nèi)存是怎么分配的以及資源是怎么初始化的。
內(nèi)存分配.NET CLR將所有資源分配到托管堆上，這有點像C語言中的堆但是你不用去釋放資源因為閑置資源在.NET中將被自動釋放。現(xiàn)在就有一個問題了，托管堆是怎么知道一個對象什么時候?qū)⒉辉俦怀绦蚴褂?？我將簡單介紹一下。
現(xiàn)今有很多的GC算法。每一個算法都針對某一特定環(huán)境進行調(diào)優(yōu)，進而獲得最好的性能。這篇文章著重于.NET CLR使用的GC算法。讓我們從基本概念開始。
當(dāng)一個線程初始化了，運行時將預(yù)定一塊未使用的連續(xù)的地址空間。這塊地址空間就是托管堆（深入淺出圖解C#堆與棧
C# Heap(ing) VS Stack(ing)）。堆中同時維護著一個指針，我們叫它下一個對象指針。這個指針告訴我們下一個程序?qū)ο髮⒈环峙涞蕉阎械氖裁次恢谩Ｔ诔绦虺跗?，這個指針被設(shè)置到最基本(可以理解為第一位置)的內(nèi)存地址。
程序使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個新對象。這個操作首先需要確定預(yù)定的地址空間是否足夠存儲新對象（內(nèi)存空間是否足夠）。如果足夠，NextObjPtr(下一個對象指針)將指向堆中的此對象，對象構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用，最后返回對象內(nèi)存地址。
托管堆(對堆與棧疑惑的朋友可以參考：深入淺出圖解C#堆與棧)：
 (NextObjPtr：下一個對象指針)
此時，NextObjPtr將跳過此對象并指向下一個將要被存入的對象的內(nèi)存地址。如上圖，托管堆中有三個對象：A，B，C。下一個對象將會被放置到NextObjPtr指向的地址(即緊跟C之后)。
現(xiàn)在讓我們看看C語言的堆怎么分配內(nèi)存的。在c語言堆中，為一個對象分配內(nèi)存需要通過一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表。一旦發(fā)現(xiàn)一個較大的塊，則進行分割塊，然后鏈表節(jié)點中的指針需要調(diào)整修改以保證所有數(shù)據(jù)原封不動(C語言不熟，原文：In a C-runtime heap, allocating memory for an object requires walking though a linked list of data structures. Once a large enough block is found, that block
has to be split, and pointers in the linked list nodes must be modified to keep everything intact. )。對.NET中的托管堆來講，對象分配簡單，只需要向指針添加一個值，相比而言這是非?？斓摹Ｊ聦嵶C明，在托管堆中分配一個對象幾乎像在線程棧里分配內(nèi)存一樣快！
到現(xiàn)在為止，聽起來托管堆在速度上和實現(xiàn)簡易性上要遠遠地優(yōu)秀于C語言的堆。但是，要使托管堆擁有這些優(yōu)點需要一個大前提：地址空間和存儲空間是無限大的。當(dāng)然，這有些不切實際，但托管堆必須使用一些機制原理來使這個所謂的假設(shè)成立。這個機制就是垃圾回收GC。讓我們看看它是怎么工作的。 當(dāng)一個程序使用new操作符創(chuàng)建一個新對象時，可能沒有足夠的地址空間來放置它。為了檢測地址空間是否足夠，托管堆會償試把對象放到NextObjPtr位置，如果NextObjPtr移動到超過地址空間邊界，那說明堆已滿，GC則進行垃圾回收。
實際上，GC會在第0代（后續(xù)文章會介紹GC中的代）被占滿時進行垃圾回收。簡單來說，GC中的代是GC實現(xiàn)的一種機制用來提高程序性能。原理上就是最新創(chuàng)建的對象屬于GC的年輕一代，應(yīng)用程序生命周期中較早創(chuàng)建的對象屬于較老一代。把對象分成不同的代可以讓GC知道要進行垃圾回收的特定代，而不是回收整個托管堆。
總結(jié)本篇文章是為了讓大家對垃圾回收GC和內(nèi)存分配有一個初步的認識，不得不說了解內(nèi)存分配對于一個程序員是很重要的，如果你想寫高性能代碼的話。雖然我們不必像使用C語言那樣手工分配內(nèi)存，但對內(nèi)存分配茫然無知的程序員多多少少會被鄙視一點點的（只是一點點，好吧，沒有任何攻擊性，請不要誤解）。下一篇文章將繼續(xù)介紹垃圾回收GC的自動內(nèi)存管理：內(nèi)存算法。
翻譯：http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/bb985010.aspx |
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