Эндрю Троелсен - ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ С# 2005 И ПЛАТФОРМА .NET 2.0. 3-е издание

Инструкция newobj информирует среду CLR о том, что необходимо выполнить следующие главные задачи.

• Вычислить общий объем памяти, необходимой для размещения объекта (включая память, необходимую для членов-переменных и базовых классов типа).

• Проверить управляемую динамическую память, чтобы гарантировать достаточный объем памяти для размещаемого объекта. Если памяти достаточно, вызывается конструктор типа, и вызывающей стороне, в конечном счете, возвращается ссылка на новый объект в памяти, причем адрес этого объекта будет соответствовать последней позиции указателя на следующий объект.

• Наконец, перед возвращением ссылки вызывающей стороне необходимо изменить значение указателя на следующий объект, чтобы указатель соответствовал началу свободной области управляемой динамической памяти.

Этот процесс схематически показан на риc. 5.2.

Рис. 5.2. Размещение объектов в управляемой динамической памяти

При размещении объектов в приложении пространство управляемой динамической памяти может, в конечном счете, заполниться. Если при обработке инструкции newobj среда CLR обнаружит, что управляемой динамической памяти недостаточно для размещения очередного типа, с целью освобождения памяти будет выполнена сборка мусора. Поэтому следующее правило сборки мусора также оказывается очень простым.

• Правило. Если управляемая динамическая память недостаточна дли размещения очередного объекта, выполняется сборка мусора.

В процессе сборки мусора сборщик мусора временно приостанавливает все активные потоки в рамках текущего процесса, чтобы гарантировать, что приложение не получит доступа к динамической памяти в процессе сборки мусора. Тему потоков мы рассмотрим в главе 14, а пока что воспринимайте поток, как "нить" выполнения в пределах выполняющейся программы. После завершения цикла сборки мусора приостановленным потокам будет разрешено продолжить работу. К счастью, сборщик мусора .NET хорошо оптимизирован, и вы вряд ли заметите соответствующие короткие перерывы в работе вашего приложения.

Теперь мы вернемся к вопросу о том, как сборщик мусора определяет, когда объект "больше не нужен". Чтобы понять это, необходимо рассмотреть понятие корней приложения. Упрощенно говоря, корень - это место в памяти со ссылкой на объект, размещенный в динамической памяти. Строго говоря, корень может относиться к любой из следующих категорий.

• Ссылки на глобальные объекты (хотя они и не позволены в C#, программный код CIL допускает размещение глобальных объектов).

• Ссылки на используемый в настоящий момент статические объекты и поля.

• Ссылки на локальные объекты в пределах данного метода.

• Ссылки на объектные параметры, предаваемые методу.

• Ссылки на объекты, ожидающие финализации (соответствующее понятие будет описано в этой главе позже).

• Любые регистры процессора, ссылающиеся на локальный объект.

В процессе сборки мусора среда выполнения проверяет объекты в управляемой динамической памяти и определяет, остаются ли они доступными для приложения (иначе говоря, укорененными ) . Для этого среда CLR строит объектный граф, изображающий каждый объект в динамической памяти, достижимый для приложения. Объектные графы будут рассматриваться подробнее при обсуждении сериализации объектов (см. главу 17). На данный момент вам достаточно знать, что объектные графы используются для учета всех достижимых объектов. Следует знать и о том, что сборщик мусора никогда не учитывает один и тот же объект дважды, вследствие чего, в отличие от классического подхода COM. здесь не возникает опасности циклического учета ссылок,.

Предположим, что управляемая динамическая память содержит множество объектов, имена которых A, B, C, D, E, F и G. В процессе сборки мусора эти объекты (а также все внутренние объектные ссылки, которые эти объекты могут содержать) проверяются на наличие у них активных корней, После построения графа недостижимые объекты (мы будем предполагать, что это объекты C и F) обозначаются, как мусор.

На рис. 5.3 представлен возможный объектный граф для только что описанного сценария (направленные стрелки, связывающие объекты в таком графе, можно заменить словами "зависит от" или "требует", – например, "E зависит от G и косвенно от B", "A не зависит ни от чего" и т.д.).

Рис. 5.3. Объектные графы строятся для выявления объектов, достижимых из корней приложения

Если объекты помечены для уничтожения (в данном случае это C и F – они не включены в объектный граф), эти объекты удаляются из памяти. В этот момент оставшееся пространство в динамической памяти уплотняется, что в свою очередь заставляет среду CLR модифицировать множество корней активного приложения, чтобы они обеспечивали правильные ссылки на точки размещения в памяти (это делается автоматически и незаметно). Наконец, соответствующим образом изменяется указатель на следующий объект. На рис. 5.4 показан результат преобразований.

Рис. 5.4. "Чистая и компактная" динамическая память

Замечание.Строго говоря, сборщик мусора использует два разных фрагмента динамической памяти, один из которых предназначен специально для хранения очень больших объектов. К этой динамической памяти при сборке мусора система обращается реже, поскольку при размещении больших объектов возможные потери производительности выше. Тем не менее, вполне допустимо считать "управляемую динамическую память" единым регионом в памяти.

Когда среда CLR пытается найти недоступные объекты, это не значит, что будет рассмотрен буквально каждый объект, размещенный в управляемой динамической памяти. Очевидно, что это требовало бы слишком много времени, особенно в реальных (т.е. больших) приложениях.

Чтобы оптимизировать процесс, каждый объект в динамической памяти приписывается определенной "генерации". Идея достаточно проста: чем дольше объект существует в динамической памяти, тем более вероятно то, что он должен там и оставаться. Например, объект, реализующий Main() будет находиться в памяти до тех пор, пока программа не закончится. С другой стороны, объекты, которые недавно размещены в динамической памяти, вероятнее всего, станут вскоре недостижимыми (например, объекты, созданные в рамках области видимости метода). При этих предположениях каждый объект в динамической памяти можно отнести к одной из следующих категорий.