编写高性能 .NET 代码第二章：垃圾回收

垃圾回收是你开发工作中要了解的最重要的事情。它是造成性能问题里最显著的原因，但只要你保持持续的关注（代码审查，监控数据）就可以很快修复这些问题。我这里说的“显著的原因”，实际上是我们对垃圾回收的理解和期望不正确导致的。在.NET开发中，内存的性能问题和CPU的性能问题一样多，这就是单独开一章主要描述这个问题的原因。

当我们提及垃圾回收造成的开销时，就会不如自主的紧张起来，但一旦你理解它，就能很好的优化你的程序。在后面文章里，你可以看到GC可以在大多数情况下，在堆处理上提供很好的性能，同时也能很好解决内存分配与内存碎片问题。

Windows在非托管堆里用使用一个空闲列表来维护内存分配。尽管它会想尽办法来减少内存碎片，但很多长时间运行的非托管代码（本地代码）的程序还是会碰上内存碎片问题。它会花很多时间在空闲列表里找到合适可分配地址。随着内存使用持续增长，不可避免的需要不断重启来解问题。一些程序还会采用自定义内存分配的方案（自己的内存分配算法来接管malloc）函数来解决内存碎片问题。

.NET里的内存分配通常在一个内存段里进行，这样申请和回收的消耗会小很多。托管堆通过将最近申请的内存对象放在一起，可以减少对空闲列表的遍历，提升性能。

在默认的分配过程中，通过代码获得对象的大小，然后在剩余的缓冲区里分配它。因为没有竞争，只要有合适的空间就能很快的分配。一旦这要申请的空间这一段无法满足，GC分配器会创建一个新的内存段，在这上面开始分配，之后的新的分配也都会在这新创建的内存段里进行。

这个过程中系统代码（分配器）只会做一些简单的检查。

我们来看一个简单的栗子：

private class MyObject{    
 private int x;   
 private int y;    
 private int z;
}
 
 private static void Main(string[] args){  
   var x = new MyObject();
}

首先，我们在分配器前设置一个断点

; Copy method table pointer for the class into; 
ecx as argument to new()
; You can use !dumpmt to examine this value.
mov ecx,3F3838h; Call newcall 003e2100; 
Copy return value (address of object) into a register
mov edi,eax

目前分配的是：

; NOTE: Most code addresses removed for formatting reasons.
;
; Set eax to value 0x14, the size of the object to; allocate, which comes from the method table
mov eax,dword ptr [ecx+4] ds:002b:003f383c=00000014; Put allocation buffer information into edx
mov edx,dword ptr fs:[0E30h]; edx+40 contains the address of the next available byte; for allocation. Add that value to the desired size.
add eax,dword ptr [edx+40h]; Compare the intended allocation against the
; end of the allocation buffer.
cmp eax,dword ptr [edx+44h]; If we spill over the allocation buffer,
; jump to the slow path
ja 003e211b; update the pointer to the next free
; byte (0x14 bytes past old value)
mov dword ptr [edx+40h],eax; Subtract the object size from the pointer to; get to the start of the new objsub eax,dword ptr [ecx+4]; Put the method table pointer into the
; first 4 bytes of the object.
; eax now points to new objectmov dword ptr [eax],ecx; Return to caller
ret; Slow Path – call into CLR method003e211b jmp clr!JIT_New (71763534)