C#.Net学习笔记——CLR核心机制

一、CLR基本介绍

（1）C(Common) L（Language） R（Runtime） IL的运行环境

（2）从下图可以看到，我们的计算机会先把我们写的语言，编写成IL语言，再给计算机去读取。为什么我们不直接把我们的语言编写成计算机能够读取的？主要是考虑到我们计算机的不同，比如32位和64位，他们接收到计算机指令都是不一样的。甚至在不同的操作环境下得出的结果也是不一样的。因此，我们就需要有一个中间语言IL。CLR（通用语言进行时）就是IL的运行环境。

（3）metadata是清单数据，里面是描述了dll或者exe内有什么东西，依赖了什么东西。

（4）Exe文件的运行。实际上我们的exe文件可以运行，都是由CLR完成的，它为我们加载exe，检查metadata清单和IL。最后JIT（运行时编译）会交给计算机去执行。所以说CLR本质上可以说是一个IL的运行环境。

（5）编译器只要满足CLS规范，编译出来的东西就可以转换成IL语法

（6）使用CLR需要安装.Net Framework

二、堆栈内存分配

（1）基本介绍

什么内存？? ? ? ? 程序运行时，进程占有的内存

谁来分配？? ? ? ? CLR来分配

1、值类型：struct? 枚举

2、引用类型：class? 接口? 委托

线程栈：栈-stack 先进后出的数据结构，随着线程而分配的，默认执行方法分配1M内存

对象堆：内存，进程中独立画出来的一块内存，有一些对象是不释放的，有些对象需要重用的。类似这种我们就需要堆空间。

?（2）关于Struct?

通过反编译我们可以看到，struct在中间语言里实际上也是class，但是它继承了父类System.ValueType。也就是说，只要是继承了ValueType的，我们就可以认为是值类型。

1、对于结构体，我们可以把它当作一个变量直接声明，也可以通过构造函数的方式new出来（结构体的构造函数必须包含所有字段和属性），但是无论哪种方式它都是值类型

??（3）关于Class

引用类型分布在堆上面，变量（左边）是在栈上的，值（右边）是在堆上的

1、new的时候去堆开辟内存，分配一个地址

2、调用构造函数（因为在构造函数里可以使用this），才执行构造函数

3、把引用传给变量

问题思考：

我们有一个类（ReferenceTypeClass），这个类有一个字段int valueTypeField和一个方法Method，方法Method内又声明了一个int valueTypeLocalVariable类型的字段。请问ValueTypeField和ValueTypeLocalVariable分别位于堆还是栈？

答案：valueTypeField是位于堆里，valueTypeLocalVariable是位于栈里。

因为对象都在堆里，那么对象里面的属性也在堆里。而方法内声明的变量是在栈里，当调用我们的方法的时候，线程栈会给声明一个临时变量，是一个全新的局部变量。

总结：方法的局部变量：根据变量自身决定，跟所在环境没关系

? ? ? ? ? ?对象是引用类型，其属性/字段都在堆里面

? ? ? ? ? ?对象是值类型，其属性/字段，值类型就在栈里，引用类型就在堆里。

引用类型任何时候都在堆里；值类型都在栈里，除非值类型所在对象是在堆里。

三、拆箱装箱(浪费性能)

1、装箱：值类型->引用类型

int i = 3;
object Value = i;

2、拆箱：引用类型->值类型

object Value = 10;
int k = (int)Value;

3、拆箱装箱只能发生在父子类里面？因为这样才能转换。

四、特别对象——字符串

1、string是一个引用类型

思考1：string是一个引用类型，下面例子中声明了一个student和student2。student2=student，使得他们指向同一内存 “哈哈” 。但是为什么在student2赋新值后student不会跟着改变。

   private void button17_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string student = "哈哈";
            string student2 = student;
            Log.Info(student + " " + student2);
            student2 = "1234";
            Log.Info(student + " " + student2);
        }

答案:因为赋值其实new了一个新的string，重新开辟内存，返回引用。

? ? ? ? 改了student2的值，但不是修改内存；string字符串的内存是不可变的

思考2：看案例，student和student2都是指向不同的内存，当我们重新给studeng2赋值并且这个值与student的值相等。按照上面的理论，他们的指向应该都是各自的内存，只不过他们的值恰好相等。思考一下他们都指向哪？

        private void button17_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string student = "哈哈";
            string student2 = "呵呵";
            student2 = "哈哈";
            Log.Info(object.ReferenceEquals(student, student2));
        }

答案：实际上他们还是指向了同一片内存。这就是我们CLR的机制，CLR内存分配字符串的时候，会查找相同值，有就重用。因此他们会指向相同内存以节约内存。

不可变是因为享元，可能有多个变量指向同一字符串，字符串变化了，多个变量都会受影响。

还因为堆里面的内存是连续分配的，如果变长度，会导致大量数据的移动。所以不如重新分配一个。

五、垃圾回收

（1）产生垃圾的原因：

1、值类型出现在线程栈：用完自己就结束，变量-值类型都会释放的。

2、引用类型出现在堆里：全局就一个堆，空间有限，所以才需要垃圾回收。

3、操作系统里面，内存是链式分配的，可能有碎片

4、CLR堆里边：连续分配（数组），空间有限，节约空间

（2）GC发生时机：

1、GC发生在New的时候，New一个对象时，会开辟内存在堆里边

2、New的时候看看空间够不够，不够的话就要GC了

3、定时程序，24小时执行一次，但是对象不会被回收，因为24小时之后你才会new，这个才能发生GC

4、静态不可能被回收 静态持有的引用也不会被回收

5、类似于下图这种情况，我们写了一个方法，方法内声明了Student和Class和一个int类型的变量。当方法执行结束后，值类型的i就会被直接回收，而引用类型的new Class则丢失引用，但是内存不会被自动回收，产生GC。

     private static Student _student = new Student()
        {
            Id = 1,
            Name = "Test",
        };
        public static void Show()
        {
            Student student = _student;
            Class @class = new Class()
            {
                Id = 1,
                CLassName = "Test",
            };
            int i = 3;  //会被GC
        }

6、主动GC

GC.Collect();

怎么回收？

什么是垃圾？垃圾是完全访问不到的东西

new的时候发现内存不够了，就去遍历所有堆的对象，标记访问不到，然后启动一个线程来清理内存。

移除标记了的对象，其他挪动，然后整齐摆放，所有这个时候全部线程停止，不允许操作内存。

为了促进垃圾回收，把对象赋值成null。其实不对，没有意义，垃圾回收是因为访问不到

?六、优化策略

1、首次GC前，全部对象都是0级。

2、第一次GC后，还保留的对象叫1级

3、回收先找1级对象，如果空间还不够，再去找1级对象，这之后，还存在的对象变成2级，2级还不够就内存溢出了

4、越是最近分配的，越是会被回收。比如for循环创建对象

因为回收过了，之前的内存可能是常驻内存，所以就从最近开始回收。

? 七、析构函数

1、~Student 析构函数是用来释放非托管资源的，等着GC的时候去把非托管资源释放掉，系统自动执行。非托管资源就是管理不到的一些资源，包括数据库连接、打开的文档等。

?八、Using

1、下面可以说是等同关系，Using本质上来说只是一种语法糖

using(Student student = new Student())
{
    Id = 234
}

try
{
    Student student = new Student()
    {
        Id=234
    }
}
finally
{
    //调用的dispose()
}

2、Dispose() 主动释放，方法本身是没有意义的，我们需要在方法里面实现堆资源的释放

? ? ?而不是说对象释放的时候会自动去调用Dispose方法。

3、GC不会调用，而是用对象时，使用者主动调用这个方法。