對 精緻碼農大佬 說的 Task.Run 會存在 記憶體洩漏 的思考

一線碼農發表於2020-12-09
記憶體

一：背景

1. 講故事

這段時間專案延期，加班比較厲害，部落格就稍微停了停，不過還是得持續的技術輸出呀！ 園子裡最近挺熱鬧的，精緻碼農大佬分享了三篇文章：

核心程式碼如下：


    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Test();
            Console.ReadLine();
        }

        static void Test()
        {
            var myClass = new MyClass();

            myClass.Foo();
        }
    }

    public class MyClass
    {
        private int _id = 10;

        public Task Foo()
        {
            return Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {_id}");
            });
        }
    }

大意是： Test() 方法執行完之後, myClass 本該銷燬，結果發現 Foo() 方法引用了 _id ,導致 GC 放棄了對 myClass 的回收，從而導致記憶體洩漏。

如果我的理解有誤，請大家幫忙指正，挺有意思，評論區也是熱鬧非凡，總體看下來發現還是有很多朋友對 閉包, 記憶體洩漏,GC 等概念的認知比較模糊，同樣作為技術博主，得要蹭點熱度???，這篇我準備從這三個方面闡述下我的認知，然後大家再回頭看一下 精緻 大佬的文章。

二：對閉包的認知

1. 什麼是閉包

我最早接觸閉包的概念是在 js 中，關於閉包的概念，懂得人自然懂，不懂的人得要撓會頭，我準備不從概念而從程式碼入手，幫你梳理下，先看核心程式碼：


    public class MyClass
    {
        private int _id = 10;

        public Task Foo()
        {
            return Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {_id}");
            });
        }
    }

我發現很多人迷惑就迷惑在 Task.Run 委託中的 _id，因為它拿的是 MyClass 中的 _id，貌似實現了時空穿越，其實仔細想想很簡單哈, Task.Run 委託中要拿 MyClass._id，就必須把 MyClass 自身的 this 指標作為引數 傳遞給委託，既然有了這個this，啥值還拿不出來哈？？？ 遺憾的是 Run 不接受任何 object 引數，所以虛擬碼如下：


        public Task Foo()
        {
            return Task.Run((obj) =>
            {
                var self = obj as MyClass;

                Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {self._id}");
            },this);
        }

上面的程式碼我相信大家都看的很清楚了，有些朋友要說了，空口無憑，憑什麼你說的就是對的？？？ 沒關係，我從 windbg 讓你眼見為實就好啦。。。

2. 使用 windbg 驗證

想驗證其實很簡單，用 windbg 在這條語句 Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {_id}"); 上放一個斷點，命中之後看一下這個方法的引數列表就好了。

這句程式碼在我檔案的第 35 行，使用命令 !bpmd Program.cs:35 設定斷點。


0:000> !bpmd Program.cs:35
0:000> g
JITTED ConsoleApp4!ConsoleApp4.MyClass.<Foo>b__1_0()
Setting breakpoint: bp 00007FF83B2C4480 [ConsoleApp4.MyClass.<Foo>b__1_0()]
Breakpoint 0 hit
00007ff8`3b2c4480 55              push    rbp

上面的 <Foo>b__1_0() 方法就是所謂的委託方法，接下來可以用 !clrstack -p 檢視這個方法的引數列表。


0:009> !clrstack -p
OS Thread Id: 0x964c (9)
        Child SP               IP Call Site
000000BF6DB7EF58 00007ff83b2c4480 ConsoleApp4.MyClass.b__1_0() [E:\net5\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 34]
    PARAMETERS:
        this (<CLR reg>) = 0x0000025c26f8ac60

可以看到，這個方法有一個引數 this, 地址是: 0x0000025c26f8ac60，接下來可以用 !do 0x0000025c26f8ac60 試著列印一下，看看到底是什麼？


0:009> !do 0x0000025c26f8ac60
Name:        ConsoleApp4.MyClass
MethodTable: 00007ff83b383548
EEClass:     00007ff83b3926b8
Size:        24(0x18) bytes
File:        E:\net5\ConsoleApp1\ConsoleApp4\bin\Debug\netcoreapp3.1\ConsoleApp4.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ff83b28b1f0  4000001        8         System.Int32  1 instance               10 _id

觀察上面輸出，哈哈，果然不出所料，0x0000025c26f8ac60 就是 ConsoleApp4.MyClass，現在對閉包是不是已經有了新的認識啦？？？

二：對記憶體洩漏的認識

1. 何為記憶體洩漏

英文中有一個片語叫做 Out of Control，對，就是失去控制了，要想釋放只能 自殺式襲擊 了， 比如說：kill 程式，關機器。

好了，再回到這個例子上來，程式碼如下：


        static void Test()
        {
            var myClass = new MyClass();

            myClass.Foo();
        }

當 Test 方法執行完成之後，myClass 的棧上引用地址肯定會被抹掉的， 有意思的是此時 Task.Run 中的委託方法肯定還沒有得到執行緒排程，我又發現很多人在這一塊想不通了，以為 記憶體洩漏 了。 對吧 ???

如果你明白了上一節我所說的，那就很好理解啦，哎，很長時間沒有畫圖分析了，破例了。

可以很清晰的看出，當執行完 myClass.Foo(); 語句後，此時有兩個地方引用了 堆上的 MyClass，當 Test 方法執行完後， A 引用 會被抹掉，但此時 還有 B 引用 存在，所以這時你不管怎麼 GC，堆上的 MyClass 肯定不會被回收，如果說這種情況也算 記憶體洩漏 的話...

還是那句話，空口無憑，我得拿出證據來，上 windbg 說話。

2. 使用 windbg 查詢 B 引用

要想驗證 B 引用的存在，思路很簡單，讓匿名委託方法得不到退出，然後到 託管堆 找一下 MyClass 到底還在被誰引用 即可，接下來稍微修改一下程式碼。


    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Test();

            Console.WriteLine("主執行緒全部執行完畢！");
            Console.ReadLine();  
        }

        static void Test()
        {
            var myClass = new MyClass();

            myClass.Foo();
        }
    }

    public class MyClass
    {
        private int _id = 10;

        public Task Foo()
        {
            return Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine($"Task.Run is executing with ID {_id}");

                Thread.Sleep(int.MaxValue);   //故意不讓方法退出
            });
        }
    }

用 !dumpheap -stat -type MyClass 檢視堆上的 MyClass 例項，然後用 !gcroot 檢視它的引用鏈即可，


0:000> !dumpheap -stat -type MyClass
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ff839d23548        1           24 ConsoleApp4.MyClass
Total 1 objects
0:000> !DumpHeap /d -mt 00007ff839d23548
         Address               MT     Size
00000284e248ac90 00007ff839d23548       24     
0:000> !gcroot 00000284e248ac90
Thread 4eb0:
    0000009CD68FED60 00007FF839C646A6 ConsoleApp4.MyClass.<Foo>b__1_0() [E:\net5\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 39]
        rbp+10: 0000009cd68feda0
            ->  00000284E248AC90 ConsoleApp4.MyClass

果然不出所料，MyClass 的引用正在 <Foo>b__1_0() 方法中，這也就驗證了 B 引用 的存在。

三：對GC的認知

除了大物件堆，小物件主要還是採用 三代機制 的老方法，沒啥好說的，不過有一點要注意了，GC 也不會動不動就出來回收的，畢竟工作站模式的GC 在 64 bit 機器上預設有 256M 的記憶體大小，這 256 M 會分配給 0代 + 1代，說小也不小，如下圖：

其實我想表達的意思是，即使當前有 A,B 兩個引用，實際上 99 % 的情況下都會在同一代中被回收，比如說：第 0 代。

現在都過了十多分鐘了，可以看下 MyClass 的地址 (00000284e248ac90) 當前有沒有被送到 第 1 代？ 用 !eeheap -gc 把託管堆的 地址段 打出來。


0:000> !eeheap -gc
Number of GC Heaps: 1
generation 0 starts at 0x00000284E2481030
generation 1 starts at 0x00000284E2481018
generation 2 starts at 0x00000284E2481000

可以看到，即使過了十多分鐘，當前 MyClass(00000284e248ac90) 還是在 0 代堆上。

三：總結

好了，這三個概念： 閉包, 記憶體洩漏,GC 差不多就介紹完了，不知道可否解開了大家的疑團，最後感謝 精緻大佬 的精彩博文。

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