小心使用 Task.Run 解惑篇

继上一篇文章之后，这篇文章主要解答以下两个疑惑：

1. 由于值类型是拷贝的方式赋值，所以捕获的本地变量和类成员是指向的是各自的值，对本地变量的捕获不会影响到整个类。但如果把 _id 改为引用类型（如 StringBuilder），那两者指向的就是同一个对象值，那是不是意味着即便使用本地变量也还是无法避免内存泄漏的问题？
2. GC 第一次回收时发现 myClass 实例存在被捕获的成员，则认为它不应该被回收。那当 Task.Run 执行完后，GC 再次搜索时不就可以回收 myClass 对象吗？只是晚了一些时间回收而已。

为了方便理解，我再把昨天的关键代码贴出来：

public class MyClass
{
    private int _id;

    public Task Foo()
    {
        var localId = _id;
        return Task.Run(() =>
        {
            Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {localId}");
            Thread.Sleep(100); // 模拟耗时操作
        });
    }
}

先来看第一个疑惑。经实测，把 _id 改为 StringBuilder 类型运行结果是和 int 一样的，说明和值类型或引用类型无关。我的理解是这样的：

我们知道，引用类型的变量在声明的时候就会在栈中分配一个空间，用来存放地址引用，而给它的赋值则存储在托管堆中。虽然本地变量 localId 和类的成员 _id 的地址都指向的是托管堆中同一块空间，但他们在栈中的地址却分属不同的作用域。所谓被捕获就是被作用域捕获，当一个作用域结束时，该作用域内的成员的地址空间都会随着一起被释放。至于地址指向的托管堆中的字符串值，则不是作用域关心的事情。当该字符串值所在的空间没有地址指向它时，就会被 GC 回收。 有点抽象，但应该还好理解。

再来看第二个疑惑。在此之前，我们先来了解一下 GC 的分代算法。

当 CLR 试图搜索不再使用的对象的时，它需要遍历托管堆上的对象。随着程序的持续运行，托管堆可能越来越大，如果要对整个托管堆进行垃圾回收，势必会严重影响性能。所以，为了优化这个过程，CLR 中使用了分代算法。

简单来说，分代算法就是把内存中的资源划分为三代：Gen 0、Gen 1、Gen 2，它们被 GC 遍历的频率依次从高到低。所有新创建的对象属于 Gen 0，GC 扫描它的频率最高。进行一次扫描后，处于 Gen 0 的不可回收对象就会被标记为 Gen 1。类似的，GC 扫描 Gen 1 时，如果 Gen 1 的对象依然不可回收，就会标记为 Gen 2。有点像马太效应，资源停留在内存时间越长，就越不容易被回收。

Gen 2 的回收被称为 Full GC。而 Full GC 只有在满足一定的条件才会执行，具体请阅读这篇官方文档：

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/garbage-collection/notifications#full-garbage-collection

也就是说，进入 Gen 2 的资源，若条件没有达到，就会一直不被回收。

理解了分代算法和 Full GC，第二个疑惑就迎刃而解了。第二个疑惑关键在三个时间点上：

1. myClass 对象作用域结束的时间点
2. GC 执行回收的时间点
3. Task.Run 匿名方法执行完成的时间点

如果程序执行的时间点顺序是：1、3、2，那么不会有内存漏泄的问题，这点很容易理解。

由于实际情况 Task.Run 一般为耗时操作（非耗时任务一般没有必要使用 Task.Run），所以时间点的顺序极有可能是：1、2、3。如果是此执行的顺序，那么 GC 在回收时就会因为 myClass 对象存在成员被引用而把它标记为 Gen 1。如果 Task.Run 耗时足够长， myClass 就可能会进入 Gen 2，进而可能很难被回收，甚至可能永远不被回收。

其实大部分场景，我们也不必过于小心，即使在 Task.Run 匿名方法捕获了类的成员使该类的实例进入了 Gen 2，Gen 2 中留存的不再使用的资源也是有限的。根据官方文档对 Full GC 的介绍（地址在前文），当 Gen 2 积累到一定的量时便满足了执行回收的条件，在 GC 下一次回收时便会回收 Gen 2 中不再使用的资源。当然，作为一个优秀的程序员，我们还是得养成好的编码习惯，不要在 Task.Run 中的匿名方法捕获类的成员。

最后，郑重声明，最近三篇关于小心使用 Task.Run 的文章皆属我个人理解，知识水平有限，难免存在遗漏和错误。若有发现，请大家不吝指正。

PS：本人博客园文章一般晚于公众号一天发布，望大家见谅。关于是否属于内存泄漏问题，我在今天的文章中有讨论：《.NET内存泄漏的争议》