从C#垃圾回收(GC)机制中挖掘性能优化方案

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从C#垃圾回收(GC)机制中挖掘性能优化方案

阿笨net 2018-03-04 12:09:00 浏览641
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GC,Garbage Collect,中文意思就是垃圾回收,指的是系统中的内存的分配和回收管理。其对系统性能的影响是不可小觑的。今天就来说一下关于GC优化的东西,这里并不着重说概念和理论,主要说一些实用的东西。关于概念和理论这里只做简单说明,具体的大家可以看微软官方文档。

一、什么是GC                                                                                             

  GC如其名,就是垃圾收集,当然这里仅就内存而言。Garbage Collector(垃圾收集器,在不至于混淆的情况下也成为GC)以应用程序的root为基础,遍历应用程序在Heap上动态分配的所有对象[2],通过识别它们是否被引用来确定哪些对象是已经死亡的、哪些仍需要被使用。已经不再被应用程序的root或者别的对象所引用的对象就是已经死亡的对象,即所谓的垃圾,需要被回收。这就是GC工作的原理。为了实现这个原理,GC有多种算法。比较常见的算法有Reference Counting,Mark Sweep,Copy Collection等等。目前主流的虚拟系统.NET CLR,Java VM和Rotor都是采用的Mark Sweep算法。(此段内容来自网络)

.NET的GC机制有这样两个问题:

  首先,GC并不是能释放所有的资源。它不能自动释放非托管资源。

  第二,GC并不是实时性的,这将会造成系统性能上的瓶颈和不确定性。

  GC并不是实时性的,这会造成系统性能上的瓶颈和不确定性。所以有了IDisposable接口,IDisposable接口定义了Dispose方法,这个方法用来供程序员显式调用以释放非托管资源。使用using语句可以简化资源管理。

 

二、托管资源和非托管资源                                                                           

  托管资源指的是.NET可以自动进行回收的资源,主要是指托管堆上分配的内存资源。托管资源的回收工作是不需要人工干预的,有.NET运行库在合适调用垃圾回收器进行回收。

      非托管资源指的是.NET不知道如何回收的资源,最常见的一类非托管资源是包装操作系统资源的对象,例如文件,窗口,网络连接,数据库连接,画刷,图标等。这类资源,垃圾回收器在清理的时候会调用Object.Finalize()方法。默认情况下,方法是空的,对于非托管对象,需要在此方法中编写回收非托管资源的代码,以便垃圾回收器正确回收资源。

         在.NET中,Object.Finalize()方法是无法重载的,编译器是根据类的析构函数来自动生成Object.Finalize()方法的,所以对于包含非托管资源的类,可以将释放非托管资源的代码放在析构函数。

 

三、关于GC优化的一个例子                                                                          

  正常情况下,我们是不需要去管GC这些东西的,然而GC并不是实时性的,所以我们的资源使用完后,GC什么时候回收也是不确定的,所以会带来一些诸如内存泄漏、内存不足的情况,比如我们处理一个约500M的大文件,用完后GC不会立刻执行清理来释放内存,因为GC不知道我们是否还会使用,所以它就等待,先去处理其他的东西,过一段时间后,发现这些东西不再用了,才执行清理,释放内存。

  下面,来介绍一下GC中用到的几个函数:

  GC.SuppressFinalize(this); //请求公共语言运行时不要调用指定对象的终结器。

  GC.GetTotalMemory(false); //检索当前认为要分配的字节数。 一个参数,指示此方法是否可以等待较短间隔再返回,以便系统回收垃圾和终结对象。

  GC.Collect();  //强制对所有代进行即时垃圾回收。

GC运行机制

  写代码前,我们先来说一下GC的运行机制。大家都知道GC是一个后台线程,他会周期性的查找对象,然后调用Finalize()方法去消耗他,我们继承IDispose接口,调用Dispose方法,销毁了对象,而GC并不知道。GC依然会调用Finalize()方法,而在.NET 中Object.Finalize()方法是无法重载的,所以我们可以使用析构函数来阻止重复的释放。我们调用完Dispose方法后,还有调用GC.SuppressFinalize(this) 方法来告诉GC,不需要在调用这些对象的Finalize()方法了。

  下面,我们新建一个控制台程序,加一个Factory类,让他继承自IDispose接口,代码如下:

复制代码
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace GarbageCollect
{
   public class Factory : IDisposable
   {
      private StringBuilder sb = new StringBuilder();
      List<int> list = new List<int>();

      //拼接字符串,创造一些内存垃圾
      public void MakeSomeGarbage()
      {
         for (int i = 0; i < 50000; i++)
         {
            sb.Append(i.ToString());
         }
      }

      //销毁类时,会调用析构函数
      ~Factory()
      {
         Dispose(false);
      }

      public void Dispose()
      {
         Dispose(true);
      }

      protected virtual void Dispose(bool disposing)
      {
         if (!disposing)
         {
            return;
         }
         sb = null;
         GC.Collect();
         GC.SuppressFinalize(this);
      }
   }
}
复制代码

只有继承自IDispose接口,使用这个类时才能使用Using语句,在main方法中写如下代码:

复制代码
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Diagnostics;

namespace GarbageCollect
{
   class Program
   {
      static void Main(string[] args)
      {
         using(Factory f = new Factory())
         {
            f.MakeSomeGarbage();
            Console.WriteLine("Total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         }

         Console.WriteLine("After GC total memory is {0} KBs.", GC.GetTotalMemory(false) / 1024);
         
         Console.Read();
      }
   }
}
复制代码

运行结果如下,可以看到资源运行MakeSomeGarbage()函数后的内存占用为1796KB,释放后成了83Kb.

 

代码运行机制:

  我们写了Dispose方法,还写了析构函数,那么他们分别什么时候被调用呢?我们分别在两个方法上面下断点。调试运行,你会发现先走到了Dispose方法上面,知道程序运行完也没走析构函数,那是因为我们调用了GC.SuppressFinalize(this)方法,如果去掉这个方法后,你会发现先走Dispose方法,后面又走析构函数。所以,我们可以得知,如果我们调用Dispose方法,GC就会调用析构函数去销毁对象,从而释放资源。

 

四、什么时候该调用GC.Collect                                                                      

  这里为了让大家看到效果,我显示调用的GC.Collect()方法,让GC立刻释放内存,但是频繁的调用GC.Collect()方法会降低程序的性能,除非我们程序中某些操作占用了大量内存需要马上释放,才可以显示调用。下面是官方文档中的说明:

  垃圾回收 GC 类提供 GC.Collect 方法,您可以使用该方法让应用程序在一定程度上直接控制垃圾回收器。通常情况下,您应该避免调用任何回收方法,让垃圾回收器独立运行。在大多数情况下,垃圾回收器在确定执行回收的最佳时机方面更有优势。但是,在某些不常发生的情况下,强制回收可以提高应用程序的性能。当应用程序代码中某个确定的点上使用的内存量大量减少时,在这种情况下使用 GC.Collect 方法可能比较合适。例如,应用程序可能使用引用大量非托管资源的文档。当您的应用程序关闭该文档时,您完全知道已经不再需要文档曾使用的资源了。出于性能的原因,一次全部释放这些资源很有意义。有关更多信息,请参见 GC.Collect 方法。
  在垃圾回收器执行回收之前,它会挂起当前正在执行的所有线程。如果不必要地多次调用 GC.Collect,这可能会造成性能问题。您还应该注意不要将调用GC.Collect 的代码放置在程序中用户可以经常调用的点上。这可能会削弱垃圾回收器中优化引擎的作用,而垃圾回收器可以确定运行垃圾回收的最佳时间。

 

参考资料:http://stackoverflow.com/questions/538060/proper-use-of-the-idisposable-interface

作者:阿笨

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