csharp之GC

C#中的垃圾回收

GC：只负责托管堆；栈不是 GC 回收对象，但栈上的引用是 GC 的“根”。

Q1.栈和堆，这是什么？

你运行一个 C# 程序时：
操作系统会为你的程序创建一个 进程
操作系统会给这个进程分配一块 虚拟内存空间
栈和堆都在这块进程的虚拟内存里
👉 它们不是在“CPU里”，也不是在“磁盘里”，而是在 RAM（物理内存）映射的虚拟地址空间中。

栈

当你创建线程：new Thread(...).Start();
操作系统会：
为这个线程分配一块固定大小的内存（比如默认 1MB）这块内存就是这个线程的栈
所以：✔ 主线程一个栈✔ 每个新线程一个独立栈

堆

当 .NET CLR 启动时：
CLR 向操作系统申请一大块内存这块内存作为“托管堆”
当new一个对象时：var obj = new MyClass();
CLR 做：
1.在托管堆中找到一块足够大的连续空间，并移动一个“堆指针”
2.初始化对象
3.返回引用地址

注意：
正常情况下，堆分配其实也很快（只是移动指针），并不慢。

二者区别

特性	栈	托管堆
管理者	操作系统 + CPU	CLR (GC)
是否自动释放	是（方法结束）	否（GC判断）
是否有碎片	无	有
是否需要GC	不需要	需要
是否线程共享	否	是

GC 运行时到底发生了什么？

当内存压力大时：

1. CLR 暂停所有线程（Stop The World）
2. 从 GC Roots 开始扫描：
   • 栈
   • 静态字段
   • CPU寄存器
3. 标记所有可达对象
4. 清理不可达对象
5. 压缩堆（移动对象）
6. 更新所有引用

例子

// stage1
void Foo()
{
    var list = new List<int>();
}

Foo 执行完之后：

• 栈发生了什么？
• 堆发生了什么？
• GC 会立刻回收 List 吗？
• 什么时候才会真正释放内存？

Ans:
Foo 方法结束后，list 引用从栈上消失，对应的 List 和其内部数组对象变为不可达对象。
这些对象仍驻留在托管堆的 Gen0 区域，直到下一次 GC 运行时被标记为不可达并回收。

// stage2
static List<int> globalList;

void Foo()
{
    globalList = new List<int>();
}

再回答一下上述问题？
分析:

• 第一步 静态区有一个引用变量 它当前是 null 堆里没有 List 对象static List<int> globalList;
• 第二步 调用Foo() 堆里创建一个 List 对象，以及一个内部数组对象，globalList 引用指向它
  此时结构：

  GC Root（静态字段）
      ↓
  globalList ----> List对象 ----> int[]数组

• GC 判断对象是否回收，只看：是否能从 GC Roots 走到它
• 因此：只有当：globalList = null;或者AppDomain 卸载或者进程结束才会变为不可达
  Ans:
• globalList 是 GC Root
• Foo 结束后对象仍然可达
• 不会被回收
• 直到 globalList 被设为 null 或进程结束

  // stage3
  static List<int> globalList;
  
  void Foo()
  {
      var temp = new List<int>();
      globalList = temp;
      temp = null;
  }

  分析：
• stage1 创建对象 var temp = new List<int>();
  结构：

  GC Root（栈 temp）
          ↓
       List对象 → int[]

• stage2 赋值给 static globalList = temp;
  结构：

  GC Root（栈 temp）
  GC Root（static globalList）
          ↓
       List对象 → int[]

  此时两个 Root 指向同一个对象。
• stage3 temp = null;
  现在：
  栈上的 temp 不再指向对象,但 static 仍然指向对象
  结构：

  GC Root（static globalList）
          ↓
       List对象 → int[]

  对象仍然可达。因此不会被回收
• stage4 Foo 结束
  栈帧弹出,temp 消失,但 static 仍然存在
  结构维持：

  GC Root（static globalList）
          ↓
       List对象 → int[]

  只要还有一个 Root 在指向它，它就活着。

感谢阅读。