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什么是CLR

• 公共語言運行庫 (common language runtime,CLR) 是托管代碼執(zhí)行核心中的引擎。

• 運行庫為托管代碼提供各種服務，如跨語言集成、代碼訪問安全性、對象生存期管理、調試和分析支持。

• 它是整個.NET框架的核心，它為.NET應用程序提供了一個托管的代碼執(zhí)行環(huán)境。

• 它實際上是駐留在內存里的一段代理代碼，負責應用程序在整個執(zhí)行期間的代碼管理工作。

• 它的其中一個重要作用就是進行.NET平臺下語言的垃圾回收

GC垃圾回收

什么是垃圾回收

• Net程序可以找出某個時間點上哪些已分配的內存空間沒有被程序使用，并自動釋放它們。

• 自動找出并釋放不再使用的內存空間的機制，就稱為垃圾回收機制（Garbage Collection，簡稱GC）。

• .NET CLR使用分代收集算法+標記壓縮算法來進行GC。

垃圾回收的對象

• 對于堆中內存，通過識別它們是否被引用來確定哪些對象是垃圾，哪些對象仍要被使用，垃圾就是沒有被任何變量、對象引用的內容。

• GC只負責堆內存的垃圾回收，引用類型都是存在堆中的，所以他的分配和釋放都需要垃圾回收機制來管理。

• 棧上的內存是通過系統(tǒng)自動管理的，值類型在棧中分配內存，他們有自己的生命周期，不需要主動對他們進行管理，系統(tǒng)會自動分配和釋放。

垃圾回收的主要作用

• 分配對象（比如說實例化對象的時候負責分配內存給對象）

• 垃圾回收（比如回收我們寫C#代碼時產生的垃圾）

分配對象

• 分為大對象和小對象分配

  • 超過85000字節(jié)（83k）的為大對象，否則為小對象

  • 大對象會被存放在第二代內存中，目的是減少性能損耗，提高性能

• 分配小對象在短暫堆或者由自由對象列表進行分配，分配大對象直接在大對象堆段中

  • 一個區(qū)域->多個堆（普通堆和短暫堆）

    • 區(qū)域是CLR初始化的時候內存里開辟的一段空間

  • 在CLR中分為3個代：0代（存放短暫堆，存放小對象）,1代（存放短暫堆，存放小對象）,2代（存放普通堆，同時存放大對象和小對象）

    • 代是GC機制中使用的一種算法（分代算法），每次分配都有可能GC以釋放內存（某一代存不下時，或者后面說的各種觸發(fā)GC的條件成立時）

  • 如果我們有一個堆可以放100個字節(jié)，一次GC分配后用了90個字節(jié)，剩余的字節(jié)就是自由對象，如果有多個堆形成的多個自由對象就是自由對象列表

垃圾回收

觸發(fā)GC的條件

• 分配對象找不到可用空間（代空間不足）

• 分配量超過閾值（CLR初始化時的一個閾值上下限）

• 收到Windows報告物理內存不足的通知

• 直接調用GC.Collect()手動觸發(fā)（unity可以在loading的時候觸發(fā)）

• CLR卸載AppDomain

• CLR正在關閉

GC垃圾回收的步驟

• 1.停止其他線程，切換其他線程到搶占模式

  • 合作模式：在CLR里面運行的線程，可以無限制的訪問托管堆和非托管堆

  • 搶占模式：只能訪問非托管堆，托管堆不能訪問

  • 之所以有這步是因為gc的時候如果不進入搶占模式，可能會造成訪問到被回收的對象而發(fā)生錯誤

• 2.重新判定傳入的GC回收目標的代是否合適，主要判斷條件有：

  • 碎片空間率

  • 短暫堆剩余空間

  • 卡片掃描效率

  • 物理內存占用率

  • 是否執(zhí)行后臺GC

• 3.判斷是否執(zhí)行后臺GC

  • 執(zhí)行后臺GC，進行標記和清掃

  • 不執(zhí)行后臺GC，則執(zhí)行普通GC，進行標記、計劃、重定位、壓縮、清掃等操作

• 簡略版本（標記壓縮算法）：

  • 如果0代內存滿了，gc首先會認為堆中全是垃圾，然后進行下面兩步

  • 標記對象：從根（靜態(tài)對象、方法參數）開始檢查被引用的對象，將其標記為可達對象，其他為不可達對象

  • 搬遷對象壓縮堆，釋放不可達對象，搬遷可達對象到1代，修改引用地址

  • 如果1代內存滿了，重復上面步驟，將0代可達對象搬遷到1代，1代可達對象搬遷到2代堆，以此類推。

垃圾回收算法

標記清除（Mark Sweep）

• 簡單描述：

  • 是最基礎的GC算法。

  • 分為標記階段和清除階段。

  • 標記階段遍歷堆（根的直接引用，然后遞歸）為所有的活動對象打上標記。

  • 清除階段（從堆的開始到結束遍歷每一個對象）如果是已經標記的，設置為未標記，未標記的連接到空閑鏈表（用作以后的分配），如果有連續(xù)的分塊則合并。

• 如何分配：遍歷空閑鏈表根據策略選擇合適的對象，下面是三種策略。

  • First - fit（遇到大于等于的分塊就直接返回）

  • Best - fit（返回大于等于的最小分塊）

  • Worst - fit（返回最大的分塊）

• 優(yōu)點：

  • 簡單

  • 與保守式GC 算法兼容（也就是不移動對象）

• 缺點：

  • 碎片化（也就是空閑鏈表中存在，一堆不連續(xù)的小分塊，不論采用那種分配策略都無法避免碎片化）

  • 分配速度慢（每次分配都需要遍歷空閑鏈表，舉個極端的，每次合適的都是最后一個）

  • 與寫時復制技術不兼容（寫時復制技術（眾多UNIX 操作系統(tǒng)的虛擬存儲中用到的高速化方法。）

  • 復制進程的時候大部分內存不會被復制而是共享，共享內存不能直接重寫，想要重寫得復制到自己的私有空間，不訪問共享內存

引用計數（Reference Counting）

• 簡單描述：

  • 每個對象有個計數器，在每次指針更新時，新指向的對象的計數器++

  • 之前指向的對象的計數器--

  • 如果等于0回收，加入空閑鏈表。

• 如何分配：遍歷空閑鏈表

• 優(yōu)點：

  • 可即可回收垃圾（當計數器為0時直接回收）

  • 最大暫停時間短（每次指針更新時都會回收垃圾）

  • 沒有必要沿指針查找（上面的標記清楚算法，需要由根開始查找）

• 缺點：

  • 計數器值的增減處理繁重

  • 計數器要占用很多位

  • 實現繁瑣復雜

  • 循環(huán)引用無法回收（比如根引用A ,A和B兩個互相引用，當根不引用A的時候 A和B已經是垃圾了，但是互相引用計數器都是1，無法回收）

復制集合（Copy Collection）

• 簡單描述：

  • 把堆平分為From,To兩個空間，如果現在活動對象，垃圾是在From空間，從根開始遞歸（深度遍歷），把所有的對象復制到To空間，反之亦然。

  • 如何分配：當前活躍的空間，未分配的部分，按內存順序分配。

• 優(yōu)點：

  • 優(yōu)秀的吞吐量（能較短時間完成GC,和標記清楚算法比較，標記清楚需要遍歷兩次，而GC復制遍歷一次+復制）

  • 可實現高速分配（直接在未分配的連續(xù)空間分配，不需要遍歷啥的）

  • 不會發(fā)生碎片化（每次執(zhí)行GC都把活動對象集中在開頭，放在堆的一端的行為叫做壓縮）

  • 與緩存兼容（深度遍歷的復制，有引用關系的對象，在內存中放到了一起）

• 缺點：

  • 堆使用效率低下（一分為二為兩個空間，只有一半的堆能使用）

  • 不兼容保守式GC 算法

  • 遞歸調用函數（每次進行復制的時候都要調用函數，遞歸會消耗棧，所以還可能棧溢出）

標記壓縮（整理）（Mark Compact）

• 簡單描述：

  • 是CLR使用的GC算法。

  • 結合標記清除算法和復制算法的優(yōu)點并進行優(yōu)化

  • 標記階段遍歷堆（根的直接引用，然后遞歸）為所有的活動對象打上標記

  • 整理階段將存活對象移向內存的一段，然后清除邊界外的對象

• 優(yōu)點：

  • 清除了標記-清除算法當中，內存區(qū)域碎片化的缺點。

  • 消除了復制算法當中，內存減半的高額代價。

• 缺點

  • 從效率上來說，標記-整理算法要低于復制算法。

  • 移動對象的同時，如果對象被其它對象引用，則還需要調整引用 的地址。

  • 移動過程中，需要全程暫停用戶應用程序，即STW。

分代收集（Generational Collection）

• 當前商業(yè)虛擬機的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，這種算法并沒有什么新的思想，只是根據對象存活周期的不同將內存劃分為幾塊。

• 一般是把堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據各個年代的特點采用最適當的收集算法。

• 在新生代中，每次垃圾收集時都發(fā)現有大批對象死去，只有少量存活，那就選用復制算法，只需要付出少量存活對象的復制成本就可以完成收集。

• 而老年代中因為對象存活率高、 沒有額外空間對它進行分配擔保，就必須使用“標記—清理”或者“標記—整理”算法來進行回收。

資料參考、拓展閱讀

Unity優(yōu)化之GC分配問題_嗶哩嗶哩_bilibili（Unity優(yōu)化之GC分配問題）

.Net CLR視頻2021年最新講解CLR核心機制，CLR模型，性能優(yōu)化原理。_嗶哩嗶哩_bilibili（.Net CLR視頻2021年最新講解CLR核心機制，CLR模型，性能優(yōu)化原理）

第9課：構造、析構、垃圾回收_嗶哩嗶哩_bilibili（【唐老獅】Unity系列之C#四部曲—C#核心-垃圾回收）

.NET：GC_丿灬鑫崽丶的博客-CSDN博客_.net core 析構函數（.NET：GC）

垃圾回收的算法與實現（一）三類基本算法_璃殤Yiyi的博客-CSDN博客（垃圾回收的算法與實現（一）三類基本算法）

CLR的GC_璃殤Yiyi的博客-CSDN博客（CLR的GC）

unity GC機制簡單介紹_ZEKEGU1997的博客-CSDN博客_unity的gc（unity GC機制簡單介紹）

Unity優(yōu)化之GC——合理優(yōu)化Unity的GC - zblade - 博客園（Unity優(yōu)化之GC——合理優(yōu)化Unity的GC）

C#——垃圾回收(GC)_面向大象編程的博客-CSDN博客_c# 垃圾回收（C#——垃圾回收(GC)）

lua的GC原理_LJY_rookie的博客-CSDN博客（lua的GC原理）

.NET垃圾回收(GC)原理 - awp110 - 博客園（.NET垃圾回收(GC)原理）

四種垃圾回收算法（標記-清除算法【Mark-Sweep】,復制算法【Coping】，標記-整理算法【Mark-Compact】，分代收集算法【Generational Collection】） - ~晶晶~ - 博客園（四種垃圾回收算法）

標記整理算法(Mark-Compact)_永遠的HelloWorld的博客-CSDN博客（標記整理算法(Mark-Compact)）

http://t.csdn.cn/BOZ6m（標記-壓縮（整理）算法）

淺析CLR的GC（垃圾回收器） - 3WLineCode - 博客園（淺析CLR的GC（垃圾回收器））

公共語言運行庫_百度百科（公共語言運行庫CLR）

托管代碼和非托管代碼_qq_38234381的博客-CSDN博客_托管代碼和非托管代碼（托管代碼和非托管代碼）文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-514259.html

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