- 一、GC是什么
- 1.1 为什么需要自动回收
- 1.2 为什么需要释放内存
- 1.3 什么是托管堆
- 二、GC的工作原理
- 2.1 托管堆的资源分配
- 2.2 垃圾回收算法
- 2.3 基于代的垃圾回收器的性能提升
- 2.4 垃圾回收的触发条件
- 三、其他
对学习的知识进行理解，消化，归纳。沉淀出自己的知识体系。第一次写博客，文中如果有错误的地方，希望能够帮忙指出修正，避免误导广大的人民群众，非常感谢！
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GC,垃圾回收器，用于自动回收托管堆中无效对象的内存，释放内存空间。
1.1 为什么需要自动回收（1）为什么需要自动回收内存，而不是让开发人员手动管理内存呢（例如C或者C++的开发人员），这是有原因的，接触过这两种开发语言的人估计都知道以下两点原因：
- 开发人员忘记释放内存导致内存泄漏。
- 试图使用已经释放的内存导致程序错误和安全漏洞。
这两种BUG比其他大多数的BUG都要严重，我们无法预测它们的后果或发生的时间。
1.2 为什么需要释放内存（2）至于为什么需要释放内存这个就不用解释了吧，计算机的资源是有限的，如果要等到程序关闭的时候再去释放程序占用的内存，那么系统有再多的内存也不够用。程序在运行过程中 ，有很多对象分配内存空间后，使用一次就不再使用了，这不仅占用内存空间，导致内存溢出，还可能影响程序的性能。
1.3 什么是托管堆（3）什么是托管堆。这个是引用类型对象的内存空间，可以这么说吧，值类型的内存一般在线程栈中，引用类型的内存在托管堆里。线程栈的内存按照对象的先进后出管理，而托管堆的内存是交给GC自动管理，我们一般不知道托管堆中的对象内存会在什么时候被释放。
二、GC的工作原理 2.1 托管堆的资源分配CLR 要求所有对象都从托管堆分配。进程初始化时，系统分配一个地址空间区域作为托管堆，用一个指针NextObjPtr来指向下一个对象在堆中的分配位置,如图2-1
C#创建对象时，会执行以下步骤：
- 计算类型所需要的字节数。
- 加上每个对象都有的开销的字节数。每个对象都有两个开销字段：类型对象指针和同步块索引
- 检查托管堆中是否有足够的空间，如果有，则在指针NextObjPtr指向的地址放入对象，清零所分配的空间，调用类型构造器，new操作符返回对象引用。指针NextObjPtr移到下一个对象分配的地址。
- 当GC进行垃圾回收时，首先会暂停进程的所有线程，防止GC在检查对象的时候被改变对象状态。
- GC会检查程序所有的变量，如果它指向的对象（堆）的同步索引标记为1，如果要被指向的对象的字段也有指向另一个对象，则另一个对象也会被标记为1，如果对象已被标记，则停止，避免死循环。
- 检查完毕后，托管堆中的对象要么被标记为1，要么没有被标记，没有被标记的对象就可以被GC进行回收。
- 托管堆的一些对象被删除后，会造成空间的碎片化问题（即不连续），这时GC会对托管堆进行压缩，其实就是重新对托管堆里面的对象进行移动，使之在地址上连续。如D对象前面的C对象被回收了，那么D对象的地址会向前移动C对象所占用的字节数。
- 托管堆中指针NextObjPtr重新指向最后一个幸存对象之后的位置
- 恢复应用程序的所有线程，GC工作完成。
CLR 实际的GC是基于代的垃圾回收器，并不是每一次的垃圾回收都会检查托管堆里面所有的对象，它会对程序做了以下的假设：
- 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，比回收整个堆快。
事实上我们的程序也正是如此，GC把托管堆分成三部分，分别是第0代、第1代和第2代，程序一开始没有经过GC回收的时候，程序内所有的对象均为第0代。第0代经过一次GC回收而没有被回收的对象升级为第1代，第1代经过一次GC回收而没有被回收的对象升级为第2代，最高代为第二代。
GC会优化只检查第0代的对象，当第1代跟第2代累积达到预算的时候才会检查回收（其他特殊情况例外）。
如图：
最分配F对象时,发现超出了第0代的预算，则启动GC回收。
回收第0代对象并进行压缩，调整第0代预算
达到第0代预算条件，继续进行第0代的回收，第1代对象不检查，加快了检查回收速度
回收第0代对象并进行压缩，调整第0代预算
达到第0代预算条件，未达到1代预算，继续进行第0代的回收，第1代对象不检查加快了检查回收速度
回收第0代对象并进行压缩，动态调整第0代预算
达到第0代预算条件，也达到1代预算，这次将检查第0代与第1代的所有对象进行回收。
以上演示了程序开始到产生第2代对象的过程，这只是一个演示的例子，实际上GC的代预算并没有这么小，达到第2代次数要比这个例子要多得多。
关于预算：这里只演示第0代的预算动态调整，其实第1代与第2代也是会进行启发式算法进行动态调整。调整原理：第0代：进行第0代回收时，如果发现没有多少内存被回收，则增加第0代的预算，减少回收频率；如果几乎所有的对象都是垃圾，则减少第0代的预算，增加回收频率，从而提升应用程序的总体性能。垃圾回收器检查有多少内存被回收，有多少幸存对象来动态调整预算。
大对象 ：有另外的空间进行分配，并分配就默认为第2代。大对象不进行压缩，代价过高，未来版本可能压缩。
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内存溢出：如果第0代没有回收到足够的内存分配给新对象，那么会执行一次完整的回收，如果还是不够，就抛出OutOfMemoryException异常。
2.4 垃圾回收的触发条件正常情况下， CLR 检测达到第0代预算触发进行一次GC。但下列情况也会进行：
- 代码显示调用System.GC的静态Collect方法
- Windows报告低内存情况
- CLR正在卸载AppDomain
- CLR正在关闭
不再试图压缩或释放内存，Windows将回收进程的全部内存。
GC的一些其他内容，暂时还不知道怎么描述，以后有机会再作补充。
如终结的内部工作原理，其实就是Finalize方法对对象回收的一些影响。
如需要特殊清理的类型例如：System.IO.FileStream,等需要本机资源的类型。
如强制垃圾回收，就是对这个方法的一些讲解，也没有什么特殊的，我觉得就没有必要在这里说了。
如果想详细了解GC的工作原理，可以参考《CLR via C#》一书。
