C#/.Net 的托管堆和垃圾回收
1、托管堆基础
资源包括包括：文件、内存缓冲区、网络连接等。
以下是访问一个资源所需的步骤：
- 调用IL指令newobj，为代表资源的类型分配内存（一般使用C# new操作符来完成）。
- 初始化内存，设置资源的初始状态并使资源可用。类型的实例构造器负责设置初始状态。
- 访问类型的成员来使用资源（有必要可以重复）。
- 摧毁资源的状态以进行清理。（为了简化编程，开发人员经常使用的大多数类型都不需要这个步骤）。
- 释放内存。垃圾回收器独自负责这一步。
2、托管堆分配资源
CLR要求所有对象都从托管堆分配。进程初始化时，CLR划出一个地址空间区域作为托管堆，CLR还要维护一个指针，我把它称作NextObjPtr。该指针指向下一个对象在堆中的分配位置。
你的应用程序的内存受进程的虚拟地址空间的限制。32位进程最多能分配1.5GB，64位进程最多能分配8TB。
C#的new操作符导致CLR执行以下步骤：
1. 计算类型的字段（以及从基类型继承的字段）所需的字节数。
2. 加上对象的开销所需的字节数。每个对象都有两个开销字段：类型对象指针和同步块索引。对于32位应用程序，这两个字段各自需要32位，所以每个对象都要8字节。对于64位应用程序，这两个字段各自需要64位，所以每个对象要增加16个字节。
3. CLR检查区域中是否有分配对象所需的字节数。如果托管堆有足够的可用空间，就在NetxObjPtr指针指向的地址处放入对象，为对象分配的字节会被清零。接着调用类型的构造器（为this参数传递NextObjPtr），new操作符返回对象引用。就在返回这个对象引用之前，NextObjPtr指针的值会加上这个对象占用的字节数来得到一个新值，即下个对象放入托管堆时的地址。
3、垃圾回收算法
应用程序调用new操作符创建对象时，可能没有足够地址空间来分配该对象，发现空间不够，CLR就执行垃圾回收。
至于对象生存期的管理，有的系统采用的是某种引用计数算法。在这种系统中，堆上的每个对象都维护着一个内存字段来统计程序中多少“部分”正在使用对象。随着每一“部分”到达代码中某个不再需要对象的地方，就递减对象的计算字段。计数字段成0，对象就可以从内存中删除了。许多引用计数系统最大的问题是处理不好循环引用。
鉴于引用计数垃圾回收器算法存在的问题，CLR改为使用一种引用跟踪算法。引用跟踪算法中关心引用类型的变量，因为只有这种变量才能引用堆上的对象；值类型变量直接包含值类型实例。引用类型变量可在许多场合使用，包括静态和实例字段，或者方法的参数和局部变量。我们将所有引用类型的变量都称为根。
1、CLR开始GC时，首先暂停进程中的所有线程。这样可以防止线程在CLR检查期间访问对象并更改其状态。
2、然后，CLR进入GC的标记阶段。在这个阶段，CLR遍历堆中的所有对象，将同步块索引字段中的一位设为0。这表明所有对象都应删除。
3、然后，CLR检查所有的活动根，查看它们引用了哪些对象。这正是CLR的GC称为引用跟踪GC的原因。如果一个根包含NULL，CLR忽略这个根并继续检查下一个根。
4、任何根如果引用了堆上的对象，CLR都会标记那个对象，也就是将该对象的同步块索引中的位设为1， 标记过程会持续，直至应用程序的所有跟所有检查完毕。
5、检查完毕后，堆中的对象要么已标记，要么未标记。已标记的对象不能被垃圾回收，因为至少有一个根在引用它。我们说这种对象是可达的。因为应用程序代码可通过仍在引用它的变量抵达(访问）它。未标记的对象是不可达的。因为应用程序中不存在使对象能被再次访问的根。
6、CLR知道哪些对象可以幸存，哪些可以删除后，就进入GC的压缩（不是那个压缩，类似于碎片整理）阶段。在这个阶段。CLR对堆中标记的对象进行“乾坤大挪移”。
7、在内存中移动了对象之后有一个问题亟待解决。引用幸存对象的根现在引用的还是对象最初在内存中的位置，而非移动后的位置。被暂停的线程恢复执行时，将访问旧的内存位置，会造成内存损坏。这显然是不能容忍的，所以作为压缩阶段的一部分，CLR还要从每个根减去所引用对象在内存中偏移的字节数。这样就能保证每个根还是引用和之前一样的对象，只是对象在内存中变换了位置。
8、压缩阶段完成后，CLR恢复应用程序的所有线程。
重要提示： 静态字段引用的对象一直存在，直到用于加载类型的AppDomain卸载为止。内存泄漏的一个常见原因就是让静态字段引用某个集合对象，然后不停地往集合添加数据项。静态字段使集合对象一直存活，而集合对象使所有数据项一直存活。因此应该尽量避免使用静态字段。（或者参照前面的玩法，当我们不用静态变量的时候，可以立马置为null，那么垃圾就会被回收）。
4、代：提升性能
CLR的GC是基于代的垃圾回收器。它对代码做了如下假设：
- 对象越新，生存期越短
- 对象越老，生存期越长
- 回收堆的一部分，速度快于回收整个堆
第一个假设是越新的对象活的越短。因此，第0代包含跟多垃圾的可能性很大，能回收更多的内存。由于忽略了第1代中的对象，所以加快了垃圾回收速度。
第二个假设越老的对象活的越长。也就是说，第1代对象在应用程序中很有可能继续可达（没被回收）的。如果垃圾回收器检查第1代中的对象，很有可能找不到多少垃圾。
由于第0代已满，所以必须开始垃圾回收。但这一次垃圾回收器发现第1代占用了太多内存，以至于用完了预算。 由于前几次对第0代进行回收时，第1代可能已经有许多对象变得不可达（该回收）。所以这次垃圾回收器决定检查第1代和第0代的所有对象。 两代都被垃圾回收后， 就出现了第2代了。 空的是0代， 0代幸存者变为1代，1代幸存者变为2代。
托管堆只支持三代：第0代， 第1代，第2代。
CLR 的垃圾回收器是自动调节的：
1、如果垃圾回收器发现在回收第0代后存活下来的对象很少，就可能减少第0代的预算。已分配空间的减少意味着垃圾回收将更频繁地发生。
2、另一方面，如果垃圾回收器回收了第0代，发现还有很多对象存活，没有多少内存被回收就会增加第0代的预算。
3、垃圾回收器用类似的 启发式算法 调整第1代 和 第2代的预算。
5、垃圾回收触发条件
1、CLR在检测第0代超过预算时会触发一次GC，这是GC最常见的触发条件，还有其它的触发如下：
2、代码显示调用System.GC的静态Collect方法， 大多时候都要避免调用这个方法；最好让垃圾回收器自行斟酌执行，让它根据应用程序的行为调整各个代的预算。
3、Windows报告低内存情况
4、CLR正在卸载AppDomain
5、CLR正在关闭
官方的介绍：（良心发现 有中文）
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/articles/standard/garbagecollection/
6、 扩展阅读
unity在线文档Understanding the managed heap
https://docs.unity3d.com/Manual/BestPracticeUnderstandingPerformanceInUnity4-1.html
Optimizing garbage collection in Unity games
https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/topics/performance-optimization/optimizing-garbage-collection-unity-games?playlist=44069
C# Garbage Collection Tutorial
https://stackify.com/c-garbage-collection/
Memory Management/Stacks and Heaps
https://en.wikibooks.org/wiki/Memory_Management/Stacks_and_Heaps
Lambda Expressions vs. Anonymous Methods
https://blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/2007/01/10/lambda-expressions-vs-anonymous-methods-part-one/
推荐书籍：
《垃圾回收的算法与实现》
《C#/.Net 的托管堆和垃圾回收》
《CLR via C#》
转载自：https://blog.csdn.net/u010019717/article/details/66975553
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
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