C＃中的垃圾收集没有进行。为什么？

Question

我尝试过一个简单的实验来验证垃圾收集器的功能。在3.9 Automatic memory management中引用有关自动内存管理的 .NET （MSDN）。对我来说，它听起来像是C ++中的共享指针。如果对象的引用计数器变为零，则它将被垃圾收集器解除分配。

所以我尝试在主窗体中创建一个函数。该函数在我的主窗体的Shown事件函数内调用，该函数在构造函数之后执行。这是实验代码。

    public void experiment()
    {
        int[] a = new int[100000];
        int[] b = new int[100000];
        int[] c = new int[100000];
        int[] d = new int[100000];

        a = null;
        b = null;
        c = null;
        d = null;
    }

以下是结果：

在内存分配之前

内存分配

离开功能范围

之前

离开功能范围

为什么垃圾收集器即使在设置为null之后也不释放由数组a，b，c，d分配的内存？

Answer 1

.NET垃圾收集器是一个高度优化，复杂的软件野兽。它经过优化，可以让您的程序尽可能快地运行并使用而不是太多的内存。

因为释放内存的过程需要一些时间，所以垃圾收集器经常等待运行它，直到你的程序使用一大堆内存。然后它会立即完成所有工作，这会导致程序在相对较长的时间后出现小的延迟（而不是之前的许多较小的延迟，这会降低程序的速度）。

所有这些意味着，垃圾收集器运行的时间不可预测。

您可以多次调用您的测试（在循环中使用一些Sleep（））并观察内存使用情况慢慢增加。当您的程序开始消耗大部分可用物理内存时，其内存使用量将突然降至接近零。

有几个函数（如GC.Collect()）强制进行多级垃圾收集，但强烈建议不要使用它们，除非你知道自己在做什么，因为这个倾向于使你的软件更慢，并阻止垃圾收集器以最佳方式完成工作。

Answer 2

即使它在内部取消了内存，它也没有义务将其返回给操作系统。它将假设将来会请求更多内存并回收页面。操作系统的编号不知道程序如何选择使用它声称的内存。

如果您确实要明确声明和释放内存，则必须通过Pinvoke不安全代码调用VirtualAlloc（）。

Answer 3

CLR不会为每个内存版本运行垃圾收集器，因为它会消耗系统资源。因此，基于不断增长的内存大小，定期调用垃圾收集器。它会清除所有不相关的内存泄漏。

也可以使用GC.Collect（）方法显式调用垃圾收集器，但不建议明确使用。

Answer 4

垃圾收集很昂贵。您只希望它尽可能少地运行。理想情况下从不。因此，系统会尽可能地延迟垃圾收集，基本上直到你的内存不足为止。

分配内存非常昂贵。一旦运行时分配了一些内存，它通常不会再次释放它，即使它当前不需要它，因为如果它在程序运行时间的一个时间内需要那么多内存，很可能就是它将来某个时候需要类似数量的内存，并希望避免再次分配内存。

因此，即使如果在测试期间发生垃圾收集，您也无法在任务管理器或流程资源管理器中看到它，因为CLR不会免费无论如何。

您所描述的内容称为 reference-counting garbage collector 。但是，CLI VES的所有当前现有实现都使用跟踪GC 。跟踪GC不会计算引用数;他们追踪他们，只有在他们正在运行时。跟踪GC不会注意到对象是否仍然可以访问直到它实际跟踪对象图，并且它只会在需要运行集合时跟踪对象图，即当你用完时记忆。

Answer 5

您链接到的文章中已包含部分信息。有几种迹象表明您观察到的行为是正确的：

  

......垃圾收集器可能（但不是必须）将对象视为不再使用。

     

......稍后某些未指明......

GC.Collect的（）

一个重要的事情，至少对于旧的（非并发）版本的垃圾收集器来说，垃圾收集器在不同的线程上运行。您可以在调试器中验证：

0:003> !threads
ThreadCount: 2
UnstartedThread: 0
BackgroundThread: 1
PendingThread: 0
DeadThread: 0
Hosted Runtime: no
                                      PreEmptive   GC Alloc           Lock
       ID OSID ThreadOBJ    State     GC       Context       Domain   Count APT Exception
   0    1 1b08 0058f218      a020 Enabled  025553ac:02555fe8 0058b868     1 MTA
   2    2 1e9c 005a78c8      b220 Enabled  00000000:00000000 0058b868     0 MTA (Finalizer)

Finalizer线程执行垃圾回收。所有其他线程在操作期间都被挂起，因此在重组期间没有线程可以修改对象。

但为什么这很重要？

它解释了为什么垃圾收集不会立即应用，既不在你的场景中，也不在你调用GC.Collect()来进行垃圾收集。要运行垃圾收集器，还需要一个线程切换。因此，非并发垃圾回收所需的最小代码是

GC.Collect();
Thread.Sleep(0);

如果您关注内存管理，请务必查看awesome answer about IDisposable。

可用内存

此外，还没有人解释过，使用任务管理器查看内存消耗并不可靠。

.NET直接作用于虚拟内存，即使用虚拟内存管理器。它不使用堆，即堆管理器。相反，它使用它自己的内存管理，称为托管堆。

.NET从Windows（内核）获取内存。假设它从Windows获得了一块新的内存，里面没有.NET对象。从Windows＆＃39;从视角来看，内存已经消失（给予.NET）。但是，从.NET的角度来看，它是免费的，可以被对象使用。

同样，您可以在调试器中观察到：

0:003> !address -summary
--- Usage Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
Free                                     60          71cb9000 (   1.778 Gb)           88.91%
<unknown>                                84           986f000 ( 152.434 Mb)  67.09%    7.44%
Image                                   189           2970000 (  41.438 Mb)  18.24%    2.02%
...

从Windows的角度来看，报告为<unknown>的是虚拟内存。在这种情况下，使用150 MB。

0:003>!dumpheap -stat
...
00672208       32      8572000      Free
...

所以你可以看到8.5 MB从.NET的角度来看是免费的，但还没有被回到Windows（还有），并且仍然会被报告为在那里使用。

测量工作集

如果您还没有修改任务管理器的默认列设置，那就更糟了，因为它会显示工作集，它只是RAM中的内存。但是，某些内存可能已交换到磁盘，因此任务管理器可能会不报告。