目录：
21.1 托管堆基础
21.2 代：提升性能
21.3 使用需要特殊清理的类型
21.1 托管堆基础
在面向对象的环境中，每个类型都代表可供程序使用的一种资源。要使用这些资源，必须为代表资源的类型分配内存，访问一个资源所需步骤：
1.调用IL指令newobj，为代表资源的类型分配内存（一般使用C#new操作符来完成）。
2.初始化内存，设置资源的初始状态并使资源可用。类型的实例构造器负责设置初始状态。
3.访问类型的成员来使用资源（有必要可以重复）。
4.推毁资源的状态以进行清理。
5.释放内存。垃圾回收器独自负责这一步。
1.1 从托管堆分配资源
CLR要求所有对象都从托管堆分配。进程初始化时，CLR划出一个地址空间区域作为托管堆。CLR还要维护一个指针（NextObjPtr），该指针指向下一个对象在堆中的分配位置。刚开始的时候，NextObjPtr设为地址空间区域的基地址。
一个区域被非垃圾对象填满后，CLR会分配更多的区域。这个过程一直重复，直至整个进程地址空间都被填满。（所以应用程序的内存受进程的虚拟地址空间的限制）
C#的new操作符导致CLR执行以下步骤：
1.计算类型的字段（以及从基类型继承的字段）所需要的字节数。
2.加上对象的开销所需要的字节数。每个对象都有两个开销字段：类型对象指针和同步块索引。
3.CLR检查区域中是否有分配对象所需的字节数。如果托管堆有足够的可用空间，就在NextObjStr指针指向的地址处放入对象，为对象分配的字节会被清零。接着调用类型构造器（为this参数传递NextObjPtr），new操作符返回对象引用。就在返回这个引用之前，NextObjStr指针的值会加上对象占用的字节数来得到一个新值，即下个对象放入托管堆的地址。
对于托管堆，分配对象只需在指针上加一个值-速度相当快。
1.2 垃圾回收算法
没有足够地址空间来分配对象时，CLR就执行垃圾回收。
CLR使用引用跟踪算法。引用跟踪算法只关心引用类型的变量，因为只有这种变量才能引用堆上的对象；值类型变量直接包含值类型实例。引用类型变量可在许多场合使用，包括类的静态和实例字段，或者方法的参数和局部变量。引用类型的变量称为-根。
CLR开始GC时，首先暂停进程中的所有线程。这样可以防止线程在CLR检查期间访问对象并更改其状态。然后，CLR进入GC的标记阶段。在这个阶段，CLR遍历堆中的所有对象，将同步块索引字段中的一位设为0。这表明所有对象都应删除。然后，CLR检查所有活动根，查看它们引用了哪些对象。如果一个根包含null，CLR忽略这个根并继续检查下个根。
任何根如果引用了堆上的对象，CLR都会标记那个对象，也就是将该对象的同步块索引中的位设为1。一个对象被标记后，CLR会检查那个对象中的根，标记它们引用的对象。如果发现对象已经标记，就不重新检查对象的字段。这就避免了因循环引用而产生死循环。
已标记的对象是可达的，因为应用程序代码可通过仍在引用它的变量抵达（访问）它。未标记的对象是不可达的，因为应用程序中不存在使对象能再次访问的根。
CLR知道哪些对象可以幸存，哪些可以删除后，就进入GC的压缩阶段。在这个阶段，CLR对堆中已标记的对象进行“移动”，压缩多有幸存下来的对象，使它们占用连续的内存空间。最后，CLR还要从每个根减去所引用的对象在内存中便宜的字节数。这样就能保证么个根还是引用和之前一样的对象。压缩好内存之后，托管堆的NextObjPtr指针指向最后一个幸存对象之后的位置。下一个分配的对象将放到这个位置。
如果CLR在一次GC之后回收不了内存，而且进程中没有空间来分配新的GC区域。就说明该进程的内存已耗尽。
静态字段引用的对象一直存在，直到用于加载类型的AppDomain卸载为止。会导致内存泄露，应避免使用静态字段
1.3 垃圾回收和调试
一旦根离开作用域，它引用的对象就变得“不可达”，GC会回收其内存；不保证对象在方法的生存期中自始至终地存活。
21.2 代：提升性能
CLR的GC是基于代的垃圾回收器：
对象越新，生存期越短。
对象越老，生存期越长。
回收堆的一部分，速度快于回收整个堆。
托管堆在初始化时不包含对象。添加到堆的对象称为第0代（新构造的对象）对象，垃圾回收器从未检查过它们。
托管堆只支持三代：第0代，第1代和第2代。
如果垃圾回收器发现在回收0代后存活下来的对象很少，就可能减少第0代的预算。已分配空间的减少意味着垃圾回收将更频繁地发生，但垃圾回收器每次做的事情也减少了，这减少了进程的工作集。
如果垃圾回收器回收了第0代，发现还有很多对象存活，没有多少内存被回收，就会增大第0代的预算。现在，垃圾回收的次数将减少，但每次进行垃圾回收时，回收的内存要多得多。
2.1 垃圾回收出发条件
代码显示调用System.GC的静态Collect方法。
Window报告低内存情况。
CLR正在卸载AppDomain。
CLR正在关闭
2.2 大对象
85000字节或更大的对象时大对象。CLR以不同的方式对待大小对象
大对象不是小对象的地址空间分配，而是在进程地址空间的其他地方分配。
目前版本的GC不压缩大对象，因为在内存中移动它们代价过高。
大对象总是第2代，绝不可能是第0代或第1代。所以只能为需要长时间存活的资源创建大对象。大对象一般是大字符串（比如XML或JSON）或者用于I/O操作的字节数组（比如从文件或网络将字节读入缓冲区以便处理）。
2.3 垃圾回收模式
CLR启动时会选择一个GC模式，进程终止前该模式不会改变：
工作站：该模式针对客户端应用程序优化GC。GC造成的延时很低，应用程序线程挂起时间很短，避免使用户感到焦虑。在该模式中，GC假定机器上运行的其他应用程序都不会消耗太多的CPU资源。
服务器：该模式针对服务器端应用程序优化GC。被优化的主要是吞吐量和资源利用。GC假定机器上没有运行其他应用程序，并假定机器的所有CPU都可用来辅助完成GC。该模式造成托管堆被拆分成几个区域，每个CPU一个。
子模式：并发（默认） 或非并发模式。在并发模式中，垃圾回收器有一个额外的后台线程，他能在应用程序运行时并发标记对象。
GCSetting类中GCLatencyMode属性：
| 符号名称 | 说明 |
| Batch（“服务器“GC模式的默认值） | 关闭并发GC |
| Interractive（“工作站”GC模式默认值） | 打开并发GC |
| LowLatency | 在短期的，时间敏感的操作中使用这个延迟模式 |
| SustainedLowLatency | 使用这个延迟模式，应用程序的大多数操作都不会发生长的GC暂停 |
2.4 强制垃圾回收
GCCollectionMode枚举
| 符号名称 | 说明 |
| Default | 等同于不传递任何符号名称。目前还等同于传递Forced |
| Forced | 强制回收指定的代（以及低于它的所有代） |
| Optimized | 只有在能释放大量内存或者能减少碎片化的前提下，才执行回收。0000000000000000000000000000000 |
2.5 监视应用程序的内村官使用
21.3 使用需要特殊清理的类型
包含本机资源的类型被GC时，GC会回收对象在托管堆中使用的内存。但这样会造成本机资源的泄露。CLR提供了终结的机制，允许对象在被判定为垃圾之后，但在对象内存被回收之前执行一些代码。任何包装了本机资源（文件，网络连接，套接字，互斥体）的类型都支持终结。CLR判定一个对象不可达时，对象将终结它自己，释放它包装的本机资源。之后，GC会从托管堆回收对象。
CriticalFinalizerObjectl类：
首次构造任何CriticalFinalizerObject派生类型的对象时，CLR立即对继承层次结构的所有Finalize方法进行JIT编译。
CLR是在调用了非CriticalFinlizerObject派生类型的Finalize方法之后，才调用CriticalFinalizerObject派生类型的Finalize方法。
如果AppDomain被一个宿主应用程序强行中断，CLR将调用CriticalFinalizerObject派生类型的Finalize方法。
3.1 使用包装了本机资源的类型
3.2 一个有趣的依赖性问题
3.3 GC为本机资源提供的其他功能
3.4 终结的内部工作原理
应用程序创建新对象时，new操作符会从堆中分配内存。如果对象的类型定义了Finalize方法，那么在该类型的实例构造器被调用之前，会将指向该对象的指针放到一个终结列表中。终结列表是由垃圾回收器控制的一个内部数据结构。列表中的每一项都指向一个对象——回收该对象的内存前应调用它的Finalize方法。
3.5 手动监视和控制对象的生存期
CLR为每个AppDomain都提供了一个GC句柄表，允许应用程序监视或手动控制对象的生存期。这个表在AppDomain创建之初时空白的。表中每个记录项包含以下两种信息：对托管堆中的一个对象的引用，以及指出如果监视或控制对象的标识。
GCHandleType枚举类型：
Weak：该标志允许监视对象的生存期。
WeakTrackResurrection：该标志允许监视对象的生存期。
Normal：该标志允许控制对象的生存期。
Pined：该标志允许控制对象的生存期。
垃圾回收发生时，垃圾回收器的行为：
1.垃圾回收器标记所有可达的对象。然后，垃圾回收器扫描GC句柄表：所有Normal或Pinned对象都被看成是根，同时标记这些对象（包括这些对象通过它们的字段引用的对象）。
2.垃圾回收器扫描GC句柄表，查找所有Weak记录项。如果一个Weak记录项引用了未标记的对象，该引用标识的就是不可达对象，该记录项的引用值更改为null。
3.垃圾回收器扫描终结列表。在列表中，对未标记的引用标识的是不可达对象，这些引用从终结列表移至freachable队列。这时对象会被标记，因为对象又变成可达了。
4.垃圾回收器扫描GC句柄表，查找所有WeakTrackResurrection记录项。
5.垃圾回收器对内存进行压缩，填补不可达对象留下的内存”空洞“，这其实就是一个内存碎片整理的过程。Pinned对象不会压缩（移动），垃圾回收器会移动它周围的其他对象。