.Net Core 中GC的工作原理

admin 環保清潔

前言

.NET 中GC管理你服務的內存分配和釋放,GC是運行公共語言運行時(CLR Common Language Runtime)中,GC可以幫助開發人員有效的分配內存和和釋放內存,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。這裏就不介紹內存方面的知識了。

GC回收過程

GC將對象分為大對象和小對象，如果對象的大小大於或者等於85000byte將被視為大對象，大對象會被分配到到(LOH) Large Object Heap中去。

GC有一個代數的概念Generation,分為三代

  • Generation 0: 0代，這裏面都是生命周期很短的對象，比如臨時變量，當你new一個對象的時候該對象都會在Generation 0中，這裏的對象將很快的被GC回收，但是當你new的是一個大對象的時候它會直接進去大對象堆(LOH)

  • Generation 1: 1代，這一代包含的也基本是生命周期很短的對象。它是短期對象和長期對象之間的緩衝區。

  • Generation 2: 2代，這一代包含的都是生命周期長的對象，它們都是從1代和2代中選拔出來的，LOH屬於2代。

當分配的對象使用的內存超出了GC的閾值時回收就會開始。閾值是隨着服務的運行GC自己調整的。或者直接調用GC.Collect方法也可以開始回收。

回收開始時GC會開始循環遍歷Generation 0中的所有對象並標記所有對象是活動對象還是非活動對象，標記完成後會更新活動對象的引用。最後會回收非活動對象佔用的內存，並把活動對象壓縮后移動到Generation 1中，Generation 1中的或對象在移動到Generation 2是默認不會被壓縮的，因為複製大的對象會導致性能的下降。可以通過GCSettings.LargeObjectHeapCompactionMode來配置壓縮LOH。

GC的回收類型

GC 回收有兩種類型，WorkStation GC(工作站)和Server GC(服務器)，.Net Core服務默認情況下時使用WorkStation GC工作站模式來回收。

  • Server GC會擁有更大的內存，Server GC會為每個處理器創建一個用於執行垃圾回收的堆和專用線程，每個堆都擁有一個小對象堆和大對象堆，並且所有的堆都可以訪問。 不同堆上的對象可以相互引用。因為多個垃圾回收線程一起工作，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內存較大，並且盡可能不回收內存,進行回收用時會很耗時,並進行內存碎片整理工作。

  • Workstation GC的內存相對於Server GC就很小啦，且它的回收線程就是服務的線程且有較高的優先級，因為必須與其他線程競爭 CPU 時間來進行回收。

不同模式下的內存分配

GC的回收模式

GC有三種回收模式

  • Non-Concurrent GC 非并行回收模式：在非并行模式下,回收時候會掛起所有其他的線程影響服務的性能。

  • Concurrent GC 并行回收模式： 并行會後可以解決非并行回收引起的線程掛起，讓其他線程和回收線程一起運行，使服務可以更快的響應，并行回收只會發生在Generation 2中，Generation 0/1始終都是非併發的，因為他們都是小對象回收的速度很快。在并行回收的時候我們依舊可以分配對象到Generation 0/1中。

  • Background GC 後台回收模式：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台垃圾回收線程,而Server GC下會使用多個線程來進行回收。且Server GC下回收線程不會超時。

非并行回收:

并行回收

WorkStation GC 後台回收

Server GC 後台回收

GC回收類型配置

推薦使用runtimeconfig.json文件和環境變量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文件和環境變量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性能的，可以向GC.Collect()提供GCCollectionMode枚舉值觸發強制回收。

  • Default ：默認的回收設置。
  • Forced ：立即強制進行垃圾回收。
  • Optimized ： GC來判斷時間是否是回收對象的最佳時間，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對象。
 GC.Collect( (int) GCCollectionMode.Forced);

延遲回收

在我們的服務在檢索數據或者處理邏輯的時候可能會發生垃圾回收，從而妨礙性能，可以通過System.Runtime.GCLatencyMode來配置延遲回收

  • 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，如果長時間使用內存處於壓力下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 (前台回收)，只回收Generation 0/1和Generation 2後台回收。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，了解CLR的Garbage Collection

微軟文檔

總結

參考了一些大佬和官方的文檔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內存資源，文中如有錯誤大佬們可以在評論區指出。

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