C# 的垃圾回收（Garbage Collection，簡稱 GC）機制是 .NET 運行時（CLR）的一部分，用于自動管理內存，避免程序員手動釋放內存帶來的問題（如內存泄漏、懸掛指針等）。

底層實現(xiàn)由 CLR 的 GC 引擎負責，具有高效、安全、并發(fā)、分代等特點。

一、為什么需要GC？

想象你的程序是一座繁忙的倉庫：

• 每執(zhí)行 new Person() 就在倉庫中存放一個“貨物”（對象）
• 變量（如 person1）是綁在貨物上的“繩子”（引用）
• 問題：貨物不再使用后，若不清理，倉庫遲早爆滿 → 程序崩潰！

C#的GC就是自動化倉庫管理員，默默幫你清掃垃圾、整理貨架，徹底告別C/C++時代的手動delete之痛。

二、GC核心四步工作流（超簡化版）

1. 暫停世界（Stop-The-World）

• GC發(fā)出指令：“所有線程立刻凍結！”
• 目的：防止標記過程中對象狀態(tài)被修改，確保數據一致性。

2. 標記階段（Mark）：誰還在用？

從根對象（Roots） 出發(fā)：

• 靜態(tài)變量（墻上固定的掛鉤）
• 局部變量（操作臺上的臨時掛鉤）
• CPU寄存器中的引用（管理員手中的繩子）

深度追蹤：

• 沿著每根“繩子”找到對象，再檢查對象內部的引用（如person1.Dog），像波浪一樣擴散標記所有可達對象，并打上“存活”標簽。

3. 清掃階段（Sweep）：扔掉垃圾

• 遍歷整個堆內存（倉庫）
• 所有未被標記的對象 → 直接回收其內存！
• （無任何引用指向 = 程序永遠無法訪問 = 安全刪除）

4. 壓縮階段（Compact）：整理碎片

// 壓縮前：內存碎片化（空閑但分散）
[對象A][空閑][對象B][空閑][對象C]
// 壓縮后：對象緊密排列
[對象A][對象B][對象C][大塊連續(xù)空閑空間]

• 移動存活對象到連續(xù)地址
• 更新所有引用（確保“繩子”指向新位置）
• 關鍵作用：避免內存碎片，提升后續(xù)分配效率！

三、GC高效秘密武器：分代回收（Generations）

洞察規(guī)律：

“越新的對象，越容易變成垃圾；活得越久，越可能長壽。”

.NET將堆內存分為三代

工作策略：

• 新對象默認進入Gen0
• Gen0滿 → 觸發(fā)GC（僅回收Gen0，速度極快）
• Gen0存活對象晉升Gen1
• Gen1滿 → 回收Gen0+Gen1
• Gen2滿 → 完全GC（回收所有代，性能影響大）

優(yōu)勢：90%的垃圾在Gen0被回收，避免頻繁掃描老對象！

四、對開發(fā)者的關鍵啟示

1. 無需手動釋放，但需“斷開引用”

讓對象變垃圾的正確方式：

// 方法1：引用置空
person1 = null; 

// 方法2：超出作用域（局部變量自動失效）
void CreateTempObject() {
    var temp = new Object(); // 函數結束 → temp引用消失
}

// 方法3：重新賦值
person1 = new Person(); // 原對象失去引用

2. 特殊資源需手動釋放！

GC只回收內存！文件句柄、數據庫連接等需通過IDisposable主動釋放：

// 正確姿勢：using自動調用Dispose()
using (var file = File.Open("test.txt")) 
{
    // 操作文件...
} // 離開區(qū)域自動關閉文件！

// 等價于手動try-finally
try {
    var file = File.Open("test.txt");
    // ...
} finally {
    file?.Dispose();
}

3. 性能敏感場景優(yōu)化建議

• 避免高頻創(chuàng)建臨時對象（如循環(huán)內new）
• 慎用GC.Collect()（強制GC可能引發(fā)卡頓）
• 大對象用Large Object Heap（避免Gen0碎片）
• 值類型（struct）優(yōu)先（分配在棧，無GC壓力）

五、總結

GC如何改變編程？

GC哲學：把內存管理的臟活累活交給運行時，讓開發(fā)者更專注于創(chuàng)造價值！

附：GC觸發(fā)時機

• Gen0已滿（最常見）
• 系統(tǒng)物理內存不足
• 程序主動調用GC.Collect()（不推薦）
• AppDomain卸載或程序關閉

C# 的 GC 通過分代回收和標記 - 壓縮算法，自動管理內存，提高開發(fā)效率。理解其原理有助于寫出更高效的代碼，減少 GC 觸發(fā)頻率和 STW（Stop-The-World） 時間。

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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