.Net Core 中GC的工作原理

她微笑的臉發表於2020-06-23
GC

前言

.NET 中GC管理你服務的記憶體分配和釋放,GC是執行公共語言執行時(CLR Common Language Runtime)中,GC可以幫助開發人員有效的分配記憶體和和釋放記憶體,大多數情況下是不需要去擔心的,但是有時候服務總是是出現莫名的問題，所以還是有必要了解一下GC的基礎知識的。這裡就不介紹記憶體方面的知識了。

GC回收過程

GC將物件分為大物件和小物件，如果物件的大小大於或者等於85000byte將被視為大物件，大物件會被分配到到(LOH) Large Object Heap中去。

GC有一個代數的概念Generation,分為三代

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  • Generation 0: 0代，這裡面都是生命週期很短的物件，比如臨時變數，當你new一個物件的時候該物件都會在Generation 0中，這裡的物件將很快的被GC回收，但是當你new的是一個大物件的時候它會直接進去大物件堆(LOH)

  • Generation 1: 1代，這一代包含的也基本是生命週期很短的物件。它是短期物件和長期物件之間的緩衝區。

  • Generation 2: 2代，這一代包含的都是生命週期長的物件，它們都是從1代和2代中選拔出來的，LOH屬於2代。

當分配的物件使用的記憶體超出了GC的閾值時回收就會開始。閾值是隨著服務的執行GC自己調整的。或者直接呼叫GC.Collect方法也可以開始回收。

回收開始時GC會開始迴圈遍歷Generation 0中的所有物件並標記所有物件是活動物件還是非活動物件，標記完成後會更新活動物件的引用。最後會回收非活動物件佔用的記憶體，並把活動物件壓縮後移動到Generation 1中，Generation 1中的或物件在移動到Generation 2是預設不會被壓縮的，因為複製大的物件會導致效能的下降。可以通過GCSettings.LargeObjectHeapCompactionMode來配置壓縮LOH。

GC的回收型別

GC 回收有兩種型別，WorkStation GC(工作站)和Server GC(伺服器)，.Net Core服務預設情況下時使用WorkStation GC工作站模式來回收。

  • Server GC會擁有更大的記憶體，Server GC會為每個處理器建立一個用於執行垃圾回收的堆和專用執行緒，每個堆都擁有一個小物件堆和大物件堆，並且所有的堆都可以訪問。 不同堆上的物件可以相互引用。因為多個垃圾回收執行緒一起工作，所以對於相同大小的堆Server GC垃圾回收比WorkStation GC垃圾回收更快一些。但是Server GC回收會佔用大量資源，這種模式的特點是初始分配的記憶體較大，並且儘可能不回收記憶體,進行回收用時會很耗時,並進行記憶體碎片整理工作。

  • Workstation GC的記憶體相對於Server GC就很小啦，且它的回收執行緒就是服務的執行緒且有較高的優先順序，因為必須與其他執行緒競爭 CPU 時間來進行回收。

不同模式下的記憶體分配
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GC的回收模式

GC有三種回收模式

  • Non-Concurrent GC 非並行回收模式：在非並行模式下,回收時候會掛起所有其他的執行緒影響服務的效能。

  • Concurrent GC 並行回收模式： 並行會後可以解決非並行回收引起的執行緒掛起，讓其他執行緒和回收執行緒一起執行，使服務可以更快的響應，並行回收只會發生在Generation 2中，Generation 0/1始終都是非併發的，因為他們都是小物件回收的速度很快。在並行回收的時候我們依舊可以分配物件到Generation 0/1中。

  • Background GC 後臺回收模式：Background GC 是 Concurrent GC的增強版本。 區別在Background GC回收Generation 2的時允許了Generation 0/1 進行清理。在WorkStation GC下會使用一個專用的後臺垃圾回收執行緒,而Server GC下會使用多個執行緒來進行回收。且Server GC下回收執行緒不會超時。

非並行回收:
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並行回收
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WorkStation GC 後臺回收
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Server GC 後臺回收
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GC回收型別配置

推薦使用runtimeconfig.json檔案和環境變數COMPlus_gcServer來配置。

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

推薦使用runtimeconfig.json檔案和環境變數COMPlus_gcConcurrent來配置。

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

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

強制回收

在一些特殊的情況下強制回收是可以提高服務的效能的，可以向GC.Collect()提供GCCollectionMode列舉值觸發強制回收。

  • Default ：預設的回收設定。
  • Forced ：立即強制進行垃圾回收。
  • Optimized ： GC來判斷時間是否是回收物件的最佳時間，如GC判定回收效率不高因此回收不合理的情況下將返回不回收物件。
 GC.Collect( (int) GCCollectionMode.Forced);

延遲迴收

在我們的服務在檢索資料或者處理邏輯的時候可能會發生垃圾回收，從而妨礙效能，可以通過System.Runtime.GCLatencyMode來配置延遲迴收

  • GCLatencyMode.LowLatency：禁止Generation 2回收，只回收Generation 0/1,這個只能在短時間內使用，如果長時間使用記憶體處於壓力下GC還是會觸發回收，這個配置只對WorkStation GC可用。

  • GCLatencyMode.SustainedLowLatency ：禁止Generation 2的 Foreground GC (前臺回收)，只回收Generation 0/1和Generation 2後臺回收。WorkStation GC和Server GC都可以使用，且可以長時間使用，但是如果禁用Background GC，將無法使用。

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

參考文章

從ASP.NET Core 3.0 preview 特性，瞭解CLR的Garbage Collection

微軟文件

總結

參考了一些大佬和官方的文件簡單的去了解了一下GC的工作原理，方便在開發中有效區分配使用記憶體資源，文中如有錯誤大佬們可以在評論區指出。

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