.NET 垃圾收集器是否执行代码预测分析？

Question

好吧，我意识到这个问题可能看起来很奇怪，但我刚刚注意到一些真正让我困惑的事情......看看这段代码：

static void TestGC()
{
        object o1 = new Object();
        object o2 = new Object();
        WeakReference w1 = new WeakReference(o1);
        WeakReference w2 = new WeakReference(o2);

        GC.Collect();

        Console.WriteLine("o1 is alive: {0}", w1.IsAlive);
        Console.WriteLine("o2 is alive: {0}", w2.IsAlive);
}

因为 o1 和 o2 仍然在当垃圾收集发生时，我预计会出现以下输出：

o1 还活着：正确
o2 还活着：正确

，但是，这就是我得到的：

o1 还活着：假
o2 还活着：假

注意：仅当代码在发布模式下编译并在调试器外部运行时才会发生这种情况

我的猜测是 GC 检测到 o1< /code> 和 o2 在超出范围之前不会再次使用，并尽早收集它们。为了验证这个假设，我在 TestGC 方法的末尾添加了以下行：

string s = o2.ToString();

我得到了以下输出：

o1 还活着：假
o2 还活着：正确

因此在这种情况下，不会收集 o2。

有人可以阐明正在发生的事情吗？这与 JIT 优化有关吗？究竟发生了什么？

Answer 1

垃圾收集器依赖于 JIT 编译器提供的编译到程序集中的信息，该信息告诉它仍在使用各种变量和“事物”的代码地址范围。

因此，在您的代码中，由于您不再使用对象变量，GC 可以自由地收集它们。 WeakReference 不会阻止这种情况，事实上，这就是 WR 的全部要点，允许您保留对对象的引用，同时不阻止它被收集。

关于 WeakReference 对象的案例很好地总结为： MSDN 上的行描述：

表示弱引用，它引用一个对象，同时仍然允许垃圾收集回收该对象。

WeakReference 对象不会被垃圾收集，因此您可以安全地使用它们，但它们引用的对象只剩下 WR 引用，因此可以自由收集。

通过调试器执行代码时，变量的作用域会被人为地扩展，直到其作用域结束，通常是声明它们的块的末尾（如方法），以便您可以在断点处检查它们。

有一些微妙的事情需要发现。考虑以下代码：

using System;

namespace ConsoleApplication20
{
    public class Test
    {
        public int Value;

        ~Test()
        {
            Console.Out.WriteLine("Test collected");
        }

        public void Execute()
        {
            Console.Out.WriteLine("The value of Value: " + Value);

            GC.Collect();
            GC.WaitForPendingFinalizers();
            GC.Collect();

            Console.Out.WriteLine("Leaving Test.Execute");
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Test t = new Test { Value = 15 };
            t.Execute();
        }
    }
}

在发布模式下，在没有附加调试器的情况下执行，输出如下：

The value of Value: 15
Test collected
Leaving Test.Execute

这样做的原因是，即使您仍在与 Test 对象关联的方法内执行，在要求 GC 执行操作时事情就是这样，不需要任何对 Test 的实例引用（不需要引用 this 或 Value），也不需要调用任何要执行的实例方法，因此对象可以安全地收集。

如果您没有意识到，这可能会产生一些令人讨厌的副作用。

考虑以下类：

public class ClassThatHoldsUnmanagedResource : IDisposable
{
    private IntPtr _HandleToSomethingUnmanaged;

    public ClassThatHoldsUnmanagedResource()
    {
        _HandleToSomethingUnmanaged = (... open file, whatever);
    }

    ~ClassThatHoldsUnmanagedResource()
    {
        Dispose(false);
    }

    public void Dispose()
    {
        Dispose(true);
    }

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        (release unmanaged resource here);
        ... rest of dispose
    }

    public void Test()
    {
        IntPtr local = _HandleToSomethingUnmanaged;

        // DANGER!

        ... access resource through local here
    }

此时，如果 Test 在获取非托管句柄的副本后不使用任何实例数据怎么办？如果 GC 现在运行在我写“DANGER”的地方怎么办？你知道这是怎么回事吗？当 GC 运行时，它将执行终结器，该终结器将从仍在执行的 Test 下撤回对非托管资源的访问。

非托管资源（通常通过 IntPtr 或类似资源访问）对于垃圾收集器来说是不透明的，并且在判断对象的生命周期时不会考虑这些资源。

换句话说，我们在局部变量中保留对句柄的引用对于 GC 来说是没有意义的，它只会注意到没有剩下实例引用，因此认为该对象可以安全地收集。

这当然假设没有外部引用仍然被认为是“活动的”对象。例如，如果上面的类是从这样的方法中使用的：

public void DoSomething()
{
    ClassThatHoldsUnmanagedResource = new ClassThatHoldsUnmanagedResource();
    ClassThatHoldsUnmanagedResource.Test();
}

那么您会遇到完全相同的问题。

（当然，您可能不应该这样使用它，因为它实现了 IDisposable，您应该使用 using 块或手动调用 Dispose。 )

编写上述方法的正确方法是强制 GC 在我们仍然需要对象时不会收集它：

public void Test()
{
    IntPtr local = _HandleToSomethingUnmanaged;

    ... access resource through local here

    GC.KeepAlive(this); // won't be collected before this has executed
}

Answer 2

垃圾收集器从 JIT 编译器获取生命周期提示。因此，它知道在 GC.Collect() 调用时不再可能引用局部变量，因此可以收集它们。查看 GC.KeepAlive()

当附加调试器时，JIT 优化将被禁用，并且生命周期提示将扩展到方法的末尾。使调试变得更加简单。

我对此写了一个更详细的答案，您可以在这里找到。

Answer 3

我不是 C# 专家，但我想说这是因为在生产中您的代码已优化，

static void TestGC()
{
        WeakReference w1 = new WeakReference(new Object());
        WeakReference w2 = new WeakReference(new Object());

        GC.Collect();

        Console.WriteLine("o1 is alive: {0}", w1.IsAlive);
        Console.WriteLine("o2 is alive: {0}", w2.IsAlive);
}

不再保留 o1、o2 绑定。

编辑：这是一个名为常量折叠的编译器优化。
无论有或没有 JIT 都可以完成。

如果您有办法禁用 JIT 但保留发布优化，您将会有相同的行为。

人们应该注意以下注意事项：

注意：只有当代码
以Release模式编译并运行
在调试器之外

这是关键。

PS：我还假设您了解 WeakReference 的含义。

Answer 4

有人可以解释一下发生了什么吗？

您对虚拟机垃圾如何收集资源的思维模型过于简单。特别是，您认为变量和范围与垃圾收集在某种程度上相关的假设是错误的。

这与 JIT 优化有关吗？

是的。

到底发生了什么？

JIT 不会费心保留不必要的引用，因此跟踪收集器在启动时没有找到引用，因此它收集了对象。

请注意，其他答案指出 JIT 将此信息传递给 GC，而事实是 JIT 没有将这些引用传递给 GC，因为这样做是没有意义的。