.Net的垃圾回收机制（GC）之拙见——托管类型的垃圾回收

各种语言的垃圾回收在IT界噪的沸沸扬扬，有极大的优化同时也有瓶颈。

而在.Net中的垃圾回收机制又是怎样的呢？

众所知周，.Net中的垃圾回收机制是由.Net Framework托管的，带给开发者最大的好处就是省去了手动进行垃圾回收的麻烦。

在虚拟内存当中，有个区域称为“栈”，这个数据结构完全符合“先进后出（FILO）”的特性。

在C#中，有个名词叫作用域，作用域表示了一个变量的作用范围，比如

{
    int a;
    //do something
    {
        int b;
        //do something
    }
}

声明变量a之后，在内部代码块中声明变量b，然后内部代码块终止，b超出了作用域，然后变量a所在的代码块终止，a超出了作用域，所以b的作用域始终包含在a的作用域当中。

在栈当中，当声明一个变量时，在栈开辟一个空间存放，当这个变量超过变量域，栈把用于这个变量的内存释放，这就是栈的工作方式。

当代码执行到变量b所在的内部代码块的时候，栈指针如图所示，但该内部代码块执行结束之后，b超出了作用域，栈指针会移动到变量a所在的内存区域，也就是799997所在的字节内存处。此时如果声明新的变量c，c会存放在从799996开始的一段内存空间中，这些空间以前是存储变量b的。

.Net垃圾回收机制会根据这个规律按部就班执行下去，保证栈内存的操作不会出现差错，当编译器遇到int i，j这样的代码行，同时声明两个变量时，这两个变量进入作用域的顺序是不确定的，但这两个变量是同时声明的，也必须是同超出作用域的，所以编译器会随机把这两个变量放到栈内存当中，超出作用域时会确保把先进入栈的那个变量后删除，这样就能保证该规则不会与变量的生存期冲突。

C#的另外一个名词——“堆”，堆的出现是为了降低编译器对代码声明的所有类型处理的复杂性，和栈配合可以更加有效清楚地管理内存。通常我们希望使用一个方法分配内存来存储一些数据，并在方法退出后的一段时间内数据仍是可用的。只要是用new运算符来请求分配存储空间的，就存在这种可能性——例如对于所有的引用类型。此时就要使用托管堆。

1 void func(){
2     Student stu1;
3     stu1 = new Student();
4     Student stu2 = new Student();
5     stu3 = stu1;  
6 }

堆的工作原理跟栈相似，只是存储了不同的对象。当以上代码执行时，在堆栈当中的内存情况如下所示：

不同的是堆内存是向上分配的（冒号：后面的值表示存储的内容，此处不再标出栈内存的地址）。对于变量stu1,stu2,stu3的声明和在栈中的内存分配情况在前面已经交代清楚，声明 Student stu1; 时，栈为变量stu1分配一段空间，此时stu1存储的值并没有初始化，当代码运行到 stu1 = Student(); 时，在堆内存中分配了一个Student实例，即200000 ~ 2000031段（假设分配给Student对象的内存大小为32），并把这段内存的首地址复制给栈中的stu1。执行 Student stu2 = new Student() 时，把栈上的4个字节分配给stu2，然后stu2的对象在堆上从200032开始向上分配空间，并把200032地址赋值给stu2。然后声明stu3，存储内容为stu1的实例，因此最终栈中存储了3个变量，堆中存储了2个对象，有两个变量（stu1,stu3）指向了同一个对象。当func()函数运行结束后，所有变量均超出了作用域，因此会以stu3,stu2,stu1的顺序依次释放，栈指针移向原先stu1变量所在内存的上一个字节内存处。对于堆中的对象，当一个对象检测到没有变量指向它时，即把该对象所占用的内存自动释放出来。先释放stu2实例，再释放stu1实例。

这样一来，因为对象的存在周期不同，会导致堆内存中已用堆块和空闲堆块随机存在。

按照以往类似C++编译器的特性，当此时需要new一个新的对象时，会在堆中找一块大小适合的内存用于存放新的对象，在这个过程中会稍微降低new一个新对象的效率，在C#编译器中，但执行垃圾回收时，编译器会把所有的已使用的空间按照原先的顺序拼凑在一起，形成一段连续使用的空间。

然后把堆指针指向最上已使用的空间（已使用3），这样C#在new新对象的时候，就直接在堆指针的地方直接分配，这样一来直接导致了C#在new新对象的时候具有极高的效率（和其他语言相比）。但编译器在整理堆内存的时候也会造成额外的开销，则在整理时候应用程序必须是停止运行状态，所以最好让编译器自己决定进行垃圾回收的时间，而不是让应用程序自己决定（GC.Collect()），造成额外开销和提高new效率，权衡下来还是会提高总体的运行效率。这也是.Net垃圾回收机制和其他垃圾回收机制比较大的不同点。

以上为个人对.Net垃圾回收机制的一些见解，内容拙劣，欢迎斧正。

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