1 访问资源步骤
- 调用 IL 指令 newobj，为代表资源的类型分配内存（C# 一般使用 new）；
- 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；
- 访问类型的成员来使用资源（有必要可重复）；
- 摧毁资源的状态以便清理；
- 释放内存（垃圾回收）。
2 无GC存在的问题
- 忘记释放内存而造成的内存泄露
- 访问已释放的内存引起的 bug
3 托管堆分配资源
CLR 要求所有对象都从托管堆分配，进程初始化时，CLR 划出一个地址空间区域作为托管堆，并维护一指针（NextOjbPtr），NextObjPtr 最初指向基地址，主要作用指向下一个对象在堆中的分配位置。一个区域被非垃圾对象填满后，CLR 会分配更多区域，重复直至整个进程地址空间填满，故应用程序的内存受进程的虚拟空间限制。32 位进程最多分配 1.5 GB，64 位进程为 8 TB。
4 new 操作符
- 计算类型的字段（及从基类型继承的字段）所需的字节数；
- 加上对象的开销所需字节数（每个对象 2 个开销字段：类型对象指针、同步块索引，32 位应用程序一个字段需要 32 位即 4 字节，64 位应用程序一个字段需要 64 位即 8 字节）；
- CLR 检查区域中是否有分配对象所需的字节数，有则在 NextOjbPtr 指针指向的地址存放对象，为对象分配的字节会被清零。调用类型的构造器，new 操作符返回对象引用，并在此之前移动 NextOjbPtr 指针指向下一个对象存放的地址。无则先进行垃圾回收（第 0 代已满情况下），若还没空间分配则抛出 OutOfMemoryException。
5 垃圾回收算法
5.1 引用计数算法（未采用）
堆上每个对象都维护一个内存字段来统计程序中多少“部分”正在使用对象，若“部分”不再需要对象时，则计数递减，直至为零后可删除对象。
存在的问题：循环引用导致对象永远不会删除。
5.2 引用跟踪算法（CLR采用）
引用跟踪算法只计算引用类型的变量，因为只有这种变量（统称为根：类的静态字段、实例字段、方法参数、局部变量）才能引用堆上的对象，值类型直接包含值类型实例。
6 GC流程
- 暂停所有线程，防止线程在 GC 检查期间访问对象并更改状态；
- CLR 进入 GC 标记阶段：
2.1. CLR 遍历堆中的所有对象，并将同步块索引字段中的一位设为 0，表明所有对象都应删除；
2.2. CLR 检查所有活动根，查看它们引用了哪些对象，若为 null 则忽略继续检查下一个根；
2.3. 任何根若引用堆上对象，则标记那个对象（同步块索引中的一位设为1），若对象被标记，则检查对象的根，标记它们引用的对象，若对象已标记则不检查该对象字段，从而避免循环引用产生的死循环； - 标记阶段结束后，堆中的对象要么已标记（可达 reachable），要么未标记（不可达 unreachable），开始进入 GC 的 压缩（compact，实际上应该称为碎片整理）阶段：
3.1. CLR 移动堆中已标记对象，使它们占用连续内存空间，恢复引用的“局部化”，减少应用程序工作集，从而提升性能。另外可用空间也是连续的，解决了空间碎片化问题。注意：大对象堆中的对象不会压缩，故还是可能发生地址空间碎片化。
3.2. CLR 从每个根减去引用对象在内存中便宜的字节数，保证每个根引用的还是之前的对象。 - 移动 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位置。
- CLR 恢复应用程序的所有线程。
注意：
- 静态字段引用的对象一直存在，直至用于加载类型的 AppDomain 卸载为止。
- 内存泄露一个常见原因就是静态字段引用了一个集合对象，然后不停向集合添加数据项，导致一直存活。
- 尽量避免使用静态字段。
7 基于代的垃圾回收器（generational garbage collector）
- 对象越新，生存期越短。
- 对象越老，生存期越长。
- 回收堆的一部分，速度快于回收整个堆。
托管堆只支持三代（System.GC.MaxGenerationa() 返回 2）：第 0 代、第 1 代和第 2 代。
详细见P454
8 垃圾回收触发条件
- CLR 检测第 0 代超过预算（最常见）；
- 代码显示调用 System.GC.Collect();
- Windows 报告低内存情况；
- CLR 正在卸载 AppDomain；
- CLR 正在关闭（此时 CLR 不会试图压缩或释放内存，Windows 直接回收进程的全部内存）。
9 大对象
CLR 将对象分为大对象和小对象，目前认为 85000 字节或更大的对象为大对象。
- 大对象不是在小对象的地址空间分配，而是在进程地址空间的其他地方分配；
- 目前版本的 GC 不压缩大对象，因为在内存中移动它们代价过高，故在进程中大对象之间造成地址空间的碎片化，可能抛出 OutOfMemoryException；
- 大对象总是第 2 代，绝不可能是第 0 代或第 1 代，所以只能为需要长时间存活的资源创建大对象，否则会频繁回收第 2 代，损害性能。
10 GC模式
CLR 启动时会选择一个 GC 模式，进程终止前该模式不会改变。
- 工作站（默认）：该模式针对客户端应用程序优化GC。
- 服务器：该模式针对服务器端应用程序优化 GC。
注意：
- 若计算机为单处理器，则总是使用“工作站” GC 模式；
除两种主要模式外，还支持两种子模式：并发（默认）或非并发。
11 特殊清理（Finalize）
- 包含本机资源（文件、网络连接、套接字、互斥体）的类型被 GC 时，GC 会回收对象在托管堆中使用的内存，但会造成本机资源的泄露，故 CLR 提供了终结（finalization）的机制，允许对象在被判定为垃圾之后，但在对象内存被回收之前执行一些代码。任何包装了本机资源（文件、网络连接、套接字、互斥体）的类型都支持终结。CLR 判定一个对象不可达时，对象将终结它自己，释放它包装的本机资源。之后，GC 会从托管堆回收对象。
- Object基类定义了受保护的虚方法 Finalize，语法~ClassName。
- Finalize 是为释放本机资源而设计的。
注意：
- 被视为垃圾的对象在垃圾回收完毕后才调用 Finalize 方法，所以这些对象的内存不是马上被回收，造成它被提升为另一代，而这些对象引用的对象也会被提升，导致对象存活时间延长。故尽量避免为引用类型的字段定义可终结对象。
- Finalize 方法执行时间不可控，且 GC 不保证多个 Finalize 的调用顺序，故在 Finalize 方法中不要访问其他定义了 Finalize 的类型对象。
12 dispose
- dispose 模式：实现了 IDisposable 接口即实现了 dispose 模式；
- 若类定义的一个字段的类型实现了 dispose 模式，则类本身也应实现。如果才能在类上调用 Dispose 来释放对象自身使用的资源。
- 强烈建议将显式调用 Dispose 方法的代码放到 finally 块中或使用 using 语句块。
参考
- CLR via C# 第21章
