.NET GC 精要(七)

系统管理员 2023-07-04 06:23 5阅读 0赞

> 本文讲述了 .NET GC 的一些细节知识,内容大部分来自于书籍 [Under the Hood of .NET Memory Management][]  
> (注:本文假设你了解 .NET 的基础知识,譬如值类型,引用类型等)

#### 深入 ####

##### 并发执行模式(工作站模式下)的一点细节 #####

[之前][Link 1]讲到工作站模式分为 **并发** 和 **非并发** 两种执行模式,其中非并发 执行模式比较容易理解,即在整个 GC 流程中应用线程(application thread)是暂停的(非并发执行模式一般适用于单核运行环境).

而对于并发执行模式,细节上则会复杂一些:

并发执行模式下, Gen 0 回收 和 Gen 1 回收 仍然会暂停应用线程,只有在 Full GC(即 Gen 2 回收)时才会有并发行为,并且在整个 GC 流程中一般只会造成应用线程 2 次(短期)暂停.

相关实现上,由于 Full GC 发生时,需要检查回收的内存范围(称为 **GC domain**)是确定的,所以应用线程可以在 Full GC 的同时于当前 **GC domain 以外的内存范围中** 申请对象,当然由于内存段的大小限制, 并发执行 GC 时,内存段上还会被设置特殊的内存区域(称为 No Go Zone),如果应用线程的对象申请达到了这个区域,则应用线程仍然会被暂停.

示意图如下:

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Rrb2tvZjE_size_16_color_FFFFFF_t_70]

(可以看到,Full GC 过程中,应用线程仍然可以申请对象(Object L, M, N 和 O))

并发执行模式虽然允许应用线程在 Full GC 过程中继续申请对象,但仍然有不少限制(申请对象不能触及 No Go Zone 区域;申请的对象即使不被引用也不能(被本次 GC )回收(譬如上面示意图中的 Object M)),为了解决这个问题, .NET 4.0 引入了 Background Workstation GC, .NET 4.5 甚至引入了 Background Server GC,有兴趣的朋友可以继续了解.

##### 弱引用(Weak References) #####

对于一些大内存对象,如果每次使用时都进行创建和释放,则程序效率不高,但如果(创建之后)一直保留引用的话,内存消耗又比较大,使用弱引用可以缓解这个问题:

// load a big data structure
    var bigDataObject = new BigDataStructure();
    
    // get a weak reference to it
    var weakRef = new WeakReference(bigDataObject, false);
    // destroy the strong reference, keeping the weak reference
    bigDataObject = null;
    
    // ...
    
    // some time later try and get a strong reference back
    bigDataObject = (BigDataStructure)weakRef.Target;
    // recreate if weak ref was reclaimed
    if (bigDataObject == null)
    {
        bigDataObject = new BigDataStructure();
    }

.NET 中, 弱引用被分为两类:

*  short weak references

对于 short weak references, GC 如果发现其引用对象没有被遍历流程标记,即会清理其引用对象.

创建方式:

// pass false to WeakReference's constructor
    var shortWeakRef = new WeakReference(object, false);

*  long weak references

对于 long weak references, GC 如果发现其引用对象没有被遍历流程标记并且不在 [Finalization Queue][] 中,即会清理其引用对象.

创建方式:

// pass true to WeakReference's constructor
    var longWeakRef = new WeakReference(object, true);

##### GCHandle #####

GCHandle 可以用于追踪对象堆上的 Object ,一大用处就是支持托管程序和非托管程序之间的互操作.

GCHandle 的类型分为 4 种:

*  Normal 用于追踪一般对象
 *  Weak 用于追踪 short weak references
 *  Weak 用于追踪 long weak references
 *  Pinned 用于固定对象的内存地址

以下是互操作的一段示例代码:

var buffer = new byte[512];
    var h = GCHandle.Alloc(buffer, GCHandleType.Pinned);
    var ptr = h.AddrOfPinnedObject();
    
    // Call native API and pass buffer
    // ...
    
    if (h.IsAllocated) 
    {
        h.Free();
    }

由于非托管程序一般需要保证对象的内存地址不变,所以我们使用 GCHandleType.Pinned 来固定对象的内存地址,值得一提的是,使用 fixed 语句块也会固定对应的对象内存地址:

unsafe static void Main()
    {
        Person p = new Person();
        p.age = 25;
        // Pin p
        fixed (int* a = &p.age)
        {
            // Do something
        }
        // p unpinned
    }

[之前][Link 2]提到 SOH 为了解决内存碎片问题会进行内存压缩,但是由于其不能调整固定内存地址的对象,所以使用 GCHandleType.Pinned 会对 SOH 的内存压缩流程造成影响,使用时应尽量缩短对象的固定时间.

> 系列文章完

[Under the Hood of .NET Memory Management]: https://www.amazon.com/Under-Hood-NET-Memory-Management/dp/1906434751
[Link 1]: https://blog.csdn.net/tkokof1/article/details/104192232
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Rrb2tvZjE_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200209102137196.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Rrb2tvZjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[Finalization Queue]: https://blog.csdn.net/tkokof1/article/details/104091279
[Link 2]: https://blog.csdn.net/tkokof1/article/details/104070739