C#学习第20天:垃圾回收

什么是垃圾回收?


  • 定义:垃圾回收是一种自动内存管理机制,负责回收不再使用的对象所占用的内存。
  • 目的:通过自动化内存回收,减少内存泄漏的风险,并简化开发者的工作。

垃圾回收的核心概念


1. 垃圾回收器的工作原理

  • .NET垃圾回收器(GC)跟踪对象的使用情况,并在对象不再被引用时回收其内存。
  • 采用标记-清除算法来识别不再使用的对象。

2. 分代收集

代0(Generation 0):

  • 包含新创建的对象。
  • 回收频率最高,旨在高效回收临时对象。

代1(Generation 1):

  • 作为短期对象和长期对象之间的"中间地带"。
  • 当代0满时,代1会参与回收。

代2(Generation 2):

  • 包含生命周期较长的对象,如静态和全局变量。
  • 回收频率最低。

3. 内存压缩

  • 在代0和代1回收后,GC会移动存活对象以填补空闲空间,减少碎片并优化内存布局。
  • 代2的内存压缩只有在极少数情况下才会进行,因为这些对象通常生存时间较长。

工作流程


标记阶段:

  • 标识所有活动的对象(即仍然被引用的对象)。

清除阶段:

  • 收集未标记的对象,并释放它们所占用的内存。

压缩阶段(可选):

  • 移动存活对象,使得内存更加紧凑,通常在代0和代1进行。

使用垃圾回收的最佳实践


1. 销毁模式和IDisposable接口

  • 实现 IDisposable 接口以手动管理非托管资源的生命周期。
  • 确保资源及时释放,减少垃圾回收负担。
cs 复制代码
public class ResourceHolder : IDisposable
{
    private bool disposed = false;

    public void Dispose()
    {
        Dispose(true);
        GC.SuppressFinalize(this);
    }

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (!disposed)
        {
            if (disposing)
            {
                // 释放托管资源
            }
            // 释放非托管资源
            disposed = true;
        }
    }

    ~ResourceHolder()
    {
        Dispose(false);
    }
}

2. 使用 using 语句

  • 对于实现了 IDisposable 接口的对象,使用 using 语句可以确保自动调用 Dispose() 方法。
cs 复制代码
using (var resource = new ResourceHolder())
{
    // 使用资源
}

3.手动触发 GC(仅在必要时)

  • 虽通常不建议手动调用,但在特定场合(如执行大量内存操作后)可使用 GC.Collect() 触发。
cs 复制代码
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();

使用场景


实时应用:

  • 例如游戏或多媒体应用,通过有效管理内存提升响应速度。

服务器端应用:

  • 在Web服务器或API服务中,确保内存管理高效以支持大量并发请求。

桌面应用:

  • 对大规模数据处理软件来说,良好的内存管理有助于维持系统稳定性。

实践习题


编写一个程序,通过创建大量短生命周期对象来观察垃圾回收的工作过程。使用GC.GetTotalMemory()方法查看内存使用情况。

cs 复制代码
using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        long memoryBefore = GC.GetTotalMemory(false);
        Console.WriteLine($"Memory before allocation: {memoryBefore}");

        CreateObjects(100000);

        GC.Collect(); // 手动触发垃圾回收
        GC.WaitForPendingFinalizers();

        long memoryAfter = GC.GetTotalMemory(false);
        Console.WriteLine($"Memory after garbage collection: {memoryAfter}");
    }

    static void CreateObjects(int count)
    {
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            var obj = new object();
        }
    }
}

说明:

  • CreateObjects 方法在循环中创建大量对象。
  • 使用GC.GetTotalMemory(false)获取当前内存使用情况。
  • 利用GC.Collect()手动触发垃圾回收并观察内存变化。

这些例子展示了如何实现资源管理和内存监控,帮助您更好地理解.NET中的垃圾回收机制。如果有其他问题或需要进一步讲解,请随时告诉我!

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