.net Core中GC的工作原理

2023-12-18 15:28:21

前言

.NET 中GC管理你服务的内存分配和释放,GC是运行公共语言运行时(CLR Common Language Runtime)中,GC可以帮助开发人员有效的分配内存和和释放内存,大多数情况下是不需要去担心的,但是有时候服务总是是出现莫名的问题，所以还是有必要了解一下GC的基础知识的。这里就不介绍内存方面的知识了。

GC回收过程

GC将对象分为大对象和小对象，如果对象的大小大于或者等于85000byte将被视为大对象，大对象会被分配到到(LOH) Large Object Heap中去。

GC有一个代数的概念Generation,分为三代

Generation 0: 0代，这里面都是生命周期很短的对象，比如临时变量，当你new一个对象的时候该对象都会在Generation 0中，这里的对象将很快的被GC回收，但是当你new的是一个大对象的时候它会直接进去大对象堆(LOH)
Generation 1: 1代，这一代包含的也基本是生命周期很短的对象。它是短期对象和长期对象之间的缓冲区。
Generation 2: 2代，这一代包含的都是生命周期长的对象，它们都是从1代和2代中选拔出来的，LOH属于2代。

当分配的对象使用的内存超出了GC的阈值时回收就会开始。阈值是随着服务的运行GC自己调整的。或者直接调用GC.Collect方法也可以开始回收。

回收开始时GC会开始循环遍历Generation 0中的所有对象并标记所有对象是活动对象还是非活动对象，标记完成后会更新活动对象的引用。最后会回收非活动对象占用的内存，并把活动对象压缩后移动到Generation 1中，Generation 1中的或对象在移动到Generation 2是默认不会被压缩的，因为复制大的对象会导致性能的下降。可以通过GCSettings.LargeObjectHeapCompactionMode来配置压缩LOH。

GC的回收类型

GC 回收有两种类型，WorkStation GC(工作站)和Server GC(服务器)，.Net Core服务默认情况下时使用WorkStation GC工作站模式来回收。

Server GC会拥有更大的内存，Server GC会为每个处理器创建一个用于执行垃圾回收的堆和专用线程，每个堆都拥有一个小对象堆和大对象堆，并且所有的堆都可以访问。不同堆上的对象可以相互引用。因为多个垃圾回收线程一起工作，所以对于相同大小的堆Server GC垃圾回收比WorkStation GC垃圾回收更快一些。但是Server GC回收会占用大量资源，这种模式的特点是初始分配的内存较大，并且尽可能不回收内存,进行回收用时会很耗时,并进行内存碎片整理工作。
Workstation GC的内存相对于Server GC就很小啦，且它的回收线程就是服务的线程且有较高的优先级，因为必须与其他线程竞争 CPU 时间来进行回收。

不同模式下的内存分配

GC的回收模式

GC有三种回收模式

Non-Concurrent GC 非并行回收模式：在非并行模式下,回收时候会挂起所有其他的线程影响服务的性能。
Concurrent GC 并行回收模式：并行会后可以解决非并行回收引起的线程挂起，让其他线程和回收线程一起运行，使服务可以更快的响应，并行回收只会发生在Generation 2中，Generation 0/1始终都是非并发的，因为他们都是小对象回收的速度很快。在并行回收的时候我们依旧可以分配对象到Generation 0/1中。
Background GC 后台回收模式：Background GC 是 Concurrent GC的增强版本。区别在Background GC回收Generation 2的时允许了Generation 0/1 进行清理。在WorkStation GC下会使用一个专用的后台垃圾回收线程,而Server GC下会使用多个线程来进行回收。且Server GC下回收线程不会超时。

非并行回收:

并行回收

WorkStation GC 后台回收

Server GC 后台回收

GC回收类型配置

推荐使用runtimeconfig.json文件和环境变量COMPlus_gcServer来配置。

COMPlus_gcServer 0 = WorkStation GC
COMPlus_gcServer 1 = Server GC

{
   "runtimeOptions": {
      "configProperties": {
         "System.GC.Server": true 
         //true - Server GC  false - WorkStation GC
      }
   }
}

GC回收模式配置

推荐使用runtimeconfig.json文件和环境变量COMPlus_gcConcurrent来配置。

COMPlus_gcConcurrent 0 =Non-Concurrent GC
COMPlus_gcConcurrent 1 =Background GC

{
   "runtimeOptions": {
      "configProperties": {
         "System.GC.Concurrent": true 
         //true- Background GC false -Non-Concurrent GC
      }
   }
}

强制回收

在一些特殊的情况下强制回收是可以提高服务的性能的，可以向GC.Collect()提供GCCollectionMode枚举值触发强制回收。

Default ：默认的回收设置。
Forced ：立即强制进行垃圾回收。
Optimized ： GC来判断但钱时间是否是回收对象的最佳时间，如GC判定回收效率不高因此回收不合理的情况下将返回不回收对象。

 GC.Collect( (int) GCCollectionMode.Forced);

延迟回收

在我们的服务在检索数据或者处理逻辑的时候可能会发生垃圾回收，从而妨碍性能，可以通过System.Runtime.GCLatencyMode来配置延迟回收

GCLatencyMode.LowLatency：禁止Generation 2回收，只回收Generation 0/1,这个只能在短时间内使用，如果长时间使用内存处于压力下GC还是会触发回收，这个配置只对WorkStation GC可用。
GCLatencyMode.SustainedLowLatency ：禁止Generation 2的 Foreground GC (前台回收)，只回收Generation 0/1和Generation 2后台回收。WorkStation GC和Server GC都可以使用，且可以长时间使用，但是如果禁用Background GC，将无法使用。

GC.Collect( (int) GCLatencyMode.SustainedLowLatency);

参考文章

从ASP.NET Core 3.0 preview 特性，了解CLR的Garbage Collection

微软文档

总结

参考了一些大佬和官方的文档简单的去了解了一下GC的工作原理，方便在开发中有效区分配使用内存资源，文中如有错误大佬们可以在评论区指出。

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