".NET的堆和棧"系列：

ASP.NET堆和棧一之基本概念和值類型內存分配

ASP.NET堆和棧二之值類型和引用類型參數傳遞和內存分配

ASP.NET堆和棧三之引用類型對象拷貝和內存分配

ASP.NET堆和棧四之對托管和非托管資源垃圾的回收和內存分配

在"?ASP.NET堆和棧一之基本概念和值類型內存分配"中，了解了"堆"和"棧"的基本概念，以及值類型的內存分配。我們知道：當執行一個方法的時候，值類型實例會在"棧"上分配內存，而引用類型實例會在"堆"上分配內存，當方法執行完畢，"棧"上的實例由操作系統自動釋放，"堆"上的實例由.NET Framework的GC進行回收。

在"?ASP.NET堆和棧二之值類型和引用類型參數傳遞和內存分配"中，我們了解了值類型參數和引用類型參數在傳遞時的內存分配情況。

在"?ASP.NET堆和棧三之引用類型對象拷貝和內存分配"中，我們了解了在拷貝引用類型對象時的內存分配情況。

而本篇的重點要放在：對托管和非托管資源的垃圾回收、處理以及內存分配情況。

什么樣的對象被GC認為是垃圾？

當托管堆中的對象不被任何其它對象所引用，這些對象將成為被釋放的垃圾對象等待被GC回收。

每個應用程序都有一組根指針，這些根指針是不會被回收的，是由JIT編譯器和CLR運行時維護的一個列表。主要包括：

• 全局/靜態指針：指向全局或局部靜態變量
• 棧指針：指向應用程序線程所需要的那部分棧上空間
• 寄存器指針：指向托管堆所需要的那部分CPU中的內存地址

以上，假設托管堆中有5個對象，1和5被跟指針引用，3依賴1,那么在這組托管堆對象中，2和4被回收后變成如下：

當運行時有新的引用對象產生，將會被放到托管堆中這組對象的最上面。

GC如何回收？

GC對托管堆中對象的回收

GC采用一定的算法在托管堆中遍歷所有對象，最終形成一個可達對象和不可達對象，不可達對象將被回收。

GC對非托管堆中對象的回收、處理

對資源的回收

比如文件、數據庫鏈接、網絡鏈接等，這些不再托管堆中的對象如何被回收呢？

1、通過析構函數回收

public class Sample
{
    //析構函數
    ~Sample()
    {

    }
}

在托管堆中，那些帶有析構函數的實例，將被放置到"Finalization Queue"中。

對于那些不被任何其它對象所引用，如果沒有析構函數，比如2，將被直接回收，如果有析構函數，例如4，會被放到"Freachable Queue"中，等待GC實施下一輪回收。

當為一個類添加析構函數后，為GC增加了額外的工作，代價是比較昂貴的，更現實的做法是讓類來實現IDisposable接口。

2、通過實現IDisposable接口回收

首先讓一個類實現IDisposable接口。

public class ResourceClass : IDisposable
{
    public void Dispose()
    {
        //TODO:實現回收邏輯
    }
}

在應用程序中調用如下實施回收。

using(ResourceClass re = new ResourceClass())
{
    
}

對靜態值類型變量的處理

class Counter
{
    private static int s_Number = 0;
     
    public static int GetNextNumber()
    {
        int newNumber = s_Number;
        
        // DO SOME STUFF
        
        newNumber += 1;
        s_Number = newNumber;
        return newNumber;
    }
}

如上，當方法有方法處理靜態字段就需要注意了，2個線程同時調用GetNextNumber()會得到相同的結果，而我們的本意是：每調用一次方法，靜態字段s_Number自增1。

我們可以在處理邏輯塊中加鎖，每次只允許一個線程執行。

class Counter
{
    private static int s_Number = 0;
     
    public static int GetNextNumber()
    {
        lock (typeof(Counter))
        {
            int newNumber = s_Number;
            
            // DO SOME STUFF
            
            newNumber += 1;
            s_Number = newNumber;
            return newNumber;
        }
    }
}

對靜態引用類型變量的處理

class Olympics
{
    public static Collection<Runner> TryoutRunners;
}
 
class Runner
{
    private string _fileName;
    private FileStream _fStream;
 
    public void GetStats()
    {
        FileInfo fInfo = new FileInfo(_fileName);
        _fStream = _fileName.OpenRead();
    }
}

以上，在GetStats()方法中，由于沒有對FileStream及時關閉，如果Olympics恰巧有10萬個Runner的集合，10萬Runner都執行沒有關閉FileStream的Gettats()方法，這將是一場災難！

Singleton模式可以很好地避免上述問題，它保證了在任何時候，內存中只存在某個類的一個實例。

public class Earth
{
    private static Earth _instance = new Earth();
    private Earth(){}
    public static Earth GetInstance(){return _instance;}
}

以上，單例模式的必要構成要素包括：
1、私有靜態引用類型變量
2、私有構造函數
3、獲取類實例的靜態方法

GC何時回收？

GC會周期性地執行垃圾回收、內存清理工作，以下情況會啟動GC：

• 托管堆內存不足溢出時
• 調用GC.Collect()方法強制執行垃圾回收
• Windows報告內存不足
• CLR卸載AppDomain

GC回收之后，又執行哪些操作？

GC在垃圾回收之后，托管堆上將出現多個被收集對象的"空洞"，為了避免托管堆的內存碎片，會重新分配內存、壓縮托管堆。