托管堆和垃圾回收笔记

托管堆基础

在面向对象的环境中，每个类型都代表可供程序使用的一种资源。要使用这些资源，就必须为代表资源的类型分配内存。包含以下步骤：

1. 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）。
2. 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。
3. 访问类型的成员来使用资源（有必要可以重复）。
4. 摧毁资源的状态以进行清理。
5. 释放内存。垃圾回收器独自负责这一步。

CLR要求所有对象都从托管堆分配。

托管堆

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，我们把它称作NextObjPtr。该指针指向下一个对象在堆中的分配位置。刚开始的时候，NextObjPtr设为地址空间区域的基地址。

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。

对象开销：类型对象指针和同步块索引。32位应用程序各自需要32位共64位，即8字节。64位应用程序各自需要64位，即16字节。

3. CLR检查区域中是否有分配对象所需的字节数。如果有足够的可用空间，就在NextObjPtr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。就在返回这个引用之前，NextObjPtr指针的值会加上对象占用的字节数来得到一个新值，即下一个对象放入托管堆时的地址。

垃圾回收算法

引用计数算法（COM，Component Object Model），引用跟踪算法（CLR）。

引用跟踪算法只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，包括类的静态和实例字段，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。

GC步骤

1. 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. CLR进入GC的标记阶段。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该删除。
3. 然后，CLR检查所有活动根，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个根。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1.一个对象被标记后，CLR会检查那个对象中的根，标记它们引用的对象。如果发现对象已经标记，就不会重新检查对象的字段。这就避免了因为循环引用而产生死循环。

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。我们说这种对象的可达（reachable）的，未标记的对象是不可达（unreachable）的。

4. 进入GC的压缩（compact）阶段。压缩所有幸存下来的对象，使它们占用连续的内存空间。作为压缩阶段的一部分，CLR还要从每个根减去所引用的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。

压缩好内存后，托管堆的NextObjPtr指针指向最后一个幸存对象之后的位置。下一个分配的对象将放到这个位置。

重要提示

静态字段引用的对象一直存在，知道用于加载类型的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，然后不停的向集合添加数据项。静态字段使集合一直存活，而集合对象使所有数据项一直存活。因此应尽量避免使用静态字段。

垃圾回收和调试

static void Main(string[] args)
{
    //初始化变量t后，如果后续没有变量引用t的实例，则在强制垃圾回收时会回收t的实例。
    //Timer t = new Timer(TimerCallback, null, 0, 2000);

    //Timer t = null;
    //t = new Timer(TimerCallback, null, 0, 2000);//两种初始化方式一样。

    Timer t = new Timer(TimerCallback);
    t.Change(0, 2000);//执行初始化后，再执行调用则在发生垃圾回收的时候不会回收t的实例。

    //Timer t2 = t;
    Console.ReadKey();
    //t.Dispose();
}

private static void TimerCallback(object state)
{
    Console.WriteLine(DateTime.Now);
    GC.Collect();
}

代：提升性能

CLR的GC是基于代的垃圾回收器（generational garbage collector），它对你的代码做出了以下几点假设。

1. 对象越新，生存期越短。
2. 对象越老，生存期越长。
3. 回收堆的一部分，速度快于回收整个堆。

代的工作原理。。。。待补充。

垃圾回收触发条件

1. 代码显式调用System.GC的静态方法Collect方法
2. Windows报告低内存情况
3. CLR正在卸载AppDomain
4. CLR正在关闭