【转载】C#内存管理之托管堆与非托管堆

faunus

在 .NET Framework 中，内存中的资源(即所有二进制信息的集合)分为“托管资源”和“非托管资源”。托管资源必须接受 .NET Framework 的 CLR (通用语言运行时)的管理(诸如内存类型安全性检查)，而非托管资源则不必接受 .NET Framework 的 CLR 管理。

(了解更多区别请参阅 .NET Framework 或 C# 的高级编程资料)托管资源在 .NET Framework 中又分别存放在两种地方：“堆栈”和“托管堆”(以下简称“堆”)；规则是，所有的值类型(包括引用和对象实例)和引用类型的引用都存放在“堆栈”中，而 所有引用所代表的对象实例都保存在堆中。


在C#中，释放托管资源是可以自动通过“垃圾回收器”完成的(注意，“垃圾回收”机制是 .NET Framework 的特性，而不是 C# 的)，但具体来说，仍有些需要注意的地方：
1、值类型(包括引用和对象实例)和引用类型的引用其实是不需要什么“垃圾回收器”来释放内存的，因为当它们出 了作用域后会自动释放所占内存(因为它们都保存在“堆栈”中，学过数据结构可知这是一种先进后出的结构)；
2、只有引用类型的引用所指向的对象实例才保存 在“堆”中，而堆因为是一个自由存储空间，所以它并没有像“堆栈”那样有生存期(“堆栈”的元素弹出后就代表生存期结束，也就代表释放了内存)，并且非常 要注意的是，“垃圾回收器”只对这块区域起作用；
3、“垃圾回收器”也许并不像许多人想象的一样会立即执行(当堆中的资源需要释放时)，而是在引用类型的 引用被删除和它在"堆"中的对象实例被删除中间有个间隔，为什么呢? 因为“垃圾回收器”的调用是比较消耗系统资源的，因此不可能经常被调用！(当然，用户代码可以用方法 System.GC.Collect() 来强制执行“垃圾回收器”)


然而，大多数情况下，我们需要明确地在不执行“垃圾回收器”的情况下释放托管资源(因为只需要释放一部分但又是非常需要释放的 资源，但最好不要调用“垃圾回收器”，因为“垃圾回收器”太浪费系统资源了)，或需要释放“非托管资源”，这时候我们该怎么办? 这是我们写代码的时候必须要考虑的问题(“垃圾回收器”是系统自动实现的，一般情况不需要用户干预)，否则 Windows 系统会因为内存耗尽而……现在，我来告诉怎么办，那就是使用类的 Dispose() 方法释放所有类型资源和使用析构方法释放非托管资源！
1、Dispose() 方法要通过Dispose()方法来释放资源，那么在类定义的时候执"System.IDisposable"接口，然后在类中必须包含这样定义的方 法"void Dispose()" (在Dispose()方法中就是用户自己写的释放资源的代码段)，这样一来，用户就会知道可以通过人为地调用Dispose()方法来释放资源. 不过需要注意的是，"垃圾回收器"并不是通过调用Dispose()方法来释放托管资源的!
2、析构方法在 C# 中定义析构方法的格式是“~CLASS_NAME()”。非常需要注意的是，如果一个类中没有使用到非托管资源，那么请一定不要定义析构方法，这是因为对 象执行了析构方法，那么“垃圾回收器”在释放托管资源之前要先调用析构方法，然后第二次才真正释放托管资源，这样一来，两次删除动作的花销比一次大多的! (不过，即使你在类中已经定义了析构方法，仍然有办法“屏蔽”它，这将在后面的代码范例中说明)在析构方法中，就是用户自己写的释放非托管资源的代码段。 下面使用一段代码来示范 Dispose() 方法和析构方法如何使用：

1. <font size="4">    public class ResourceHolder : System.IDisposable   
   
2.     {        
   
3.         public void Dispose()        
   
4.         {            
   
5.             Dispose(true);            
   
6.             System.GC.SuppressFinalize(this);            
   
7.             // 上面一行代码作用是防止"垃圾回收器"调用这个类中的方法            
   
8.             // “~ResourceHolder()”            
   
9.             // 为什么要防止呢? 因为如果用户记得调用 Dispose() 方法，那么            
   
10.             // “垃圾回收器”就没有必要"多此一举"地再去释放一遍“非托管资源”了            
    
11.             // 如果用户不记得调用呢，就让“垃圾回收器”帮我们去“多此一举”吧 ^_^            
    
12.             // 你看不懂我上面说的不要紧，下面我还有更详细的解释呢！        
    
13.         }        
    
14.         
    
15.         protected virtual void Dispose(bool disposing)        
    
16.         {            
    
17.             if (disposing)            
    
18.             {               
    
19.                 // 这里是清理“托管资源”的用户代码段            
    
20.             }                  
    
21.             // 这里是清理“非托管资源”的用户代码 段        
    
22.         }        
    
23.         
    
24.         ~ResourceHolder()        
    
25.         {            
    
26.             Dispose(false);        
    
27.         }   
    
28.     }</font>

复制代码

上面的代码是一个典型的有两种 Dispose 方法的类定义。在 .NET Framework 中有很多系统类是用这种方法定义 Dispose() 方法的，例如：MSDN 中，System.Drawing.Brush.Dispose 方法就是这样定义的：

1. <font size="4">    ************************************************************
   
2.     ** 释放由此 Brush 对象使用的所有资源。                     
   
3.     ** public void Dispose()                                    
   
4.     ** 该成员支持 .NET 框架结构，因此不适用于直接从代码中使用。
   
5.     ** protected virtual void Dispose(bool);                    
   
6.     *************************************************************</font>

复制代码

这里，我们必须要清楚，需要用户调用的是方法 Dispose() 而不是方法 Dispose(bool)，然而，这里真正执行释放工作的方法却并不是 Dispose()，而是 Dispose(bool) ！为什么呢?仔细看代码，在 Dispose() 中，调用了 Dispose(true)，而参数为“true”时，作用是清理所有的托管资源和非托管资源；大家一定还记得我前面才说过，“使用析构方法是用来释放非 托管资源的”，那么这里既然 Dispose() 可以完成释放非托管资源的工作，还要析构方法干什么呢？
其实，析构方法的作用仅仅是一个“备份”！为什么呢？严格地说，凡执行了接口 “IDisposable”的类，那么只要程序员在代码中使用了这个类的对象实例，那么早晚得调用这个类的 Dispose() 方法，同时，如果类中含有对非托管资源的使用，那么也必须释放非托管资源! 可惜，如果释放非托管资源的代码放在析构方法中(上面的例子对应的是 “~ResourceHolder()”)，那么程序员想调用这段释放代码是不可能做到的(因为析构方法不能被用户调用，只能被系统，确切说是“垃圾回收 器”调用)，所以大家应该知道为什么上面例子中“清理非托管资源的用户代码段”是在 Dispose(bool) 中，而不是 ~ResourceHolder() 中！
不过不幸的是，并不是所有的程序员都时刻小心地记得调用 Dispose() 方法，万一程序员忘记调用此方法，托管资源当然没问题，早晚会有“垃圾回收器”来回收(只不过会推迟一会儿)，那么非托管资源呢？它可不受 CLR 的控制啊!难道它所占用的非托管资源就永远不能释放了吗？当然不是！我们还有“析构方法”呢！如果忘记调用 Dispose()，那么“垃圾回收器”也会调用“析构方法”来释放非托管资源的！(多说一句废话，如果程序员记得调用 Dispose() 的话，那么代码 System.GC.SuppressFinalize(this) 则可以防止“垃圾回收器”调用析构方法，这样就不必多释放一次“非托管资源”了) 所以我们就不怕程序员忘记调用 Dispose() 方法了。
所以我说了这么一大堆的理由，综合起来只有两点：
*1、程序员们啊，千万不要忘记调用 Dispose() 方法！(如果有的话 ^_^)
*2、万一忘记，不要着急……还有救！！！因为还有“垃圾回收器”帮我们自动调用析构方法！