GC的算法
在C# 中，垃圾回收器（GC, Garbage Collector）是一个自动内存管理系统。C# 的 GC 主要采用标记-清除（Mark-Sweep）和分代回收（Generational Collection）的方式来高效管理和回收不再使用的内存。下面分别介绍这两种机制。
1. 标记-清除（Mark-Sweep）
工作原理：
标记-清除是垃圾回收的核心算法之一，主要分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。
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标记阶段（Mark phase）：
- 从**根对象（Root objects）**出发（如全局变量、线程栈上的局部变量和静态变量），GC 遍历所有直接或间接引用的对象，将这些对象标记为“存活”。
- 这个过程类似于图的遍历：GC 通过深度优先或广度优先的方式遍历对象引用图，标记所有可达的对象。
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清除阶段（Sweep phase）：
- 完成标记后，所有未被标记的对象都被认为是垃圾（即不再需要的内存）。
- GC 会遍历堆中所有对象，并清除未被标记的对象，回收这些对象所占用的内存。
优点：
- 简单有效：算法简单，能够很好地处理对象的引用和生命周期管理。
缺点：
- 碎片化问题：由于标记-清除只是简单地释放内存，回收的内存位置可能是不连续的，导致堆内存碎片化，从而影响后续内存分配效率。
- 暂停时间较长：GC 必须暂停程序执行，等待标记和清除操作完成，可能导致短暂的程序“卡顿”。
2. 分代回收（Generational Collection）
工作原理：
分代回收是基于对象生命周期的观察进行优化的一种垃圾回收策略。C# 的垃圾回收器将堆分为三代，每代对象的回收策略有所不同：
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第0代（Gen 0）：
- 短命对象：新分配的对象会首先进入第0代。这一代通常包含生命周期较短的对象，诸如局部变量等。
- 快速回收：由于大多数对象很快就会变得不可达，第0代会被频繁回收。GC 在回收第0代时，只检查第0代中的对象是否存活，回收其余内存。
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第1代（Gen 1）：
- 中期存活对象：如果第0代中的对象在一次GC回收后依然存活，它们会被提升到第1代。
- 不太频繁回收：第1代的回收频率比第0代低，通常用于回收生命周期较长但最终会被释放的对象。
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第2代（Gen 2）：
- 长期存活对象：如果第1代中的对象依然存活，它们会被提升到第2代。第2代主要存放生命周期较长的对象，比如全局对象、缓存等。
- 较少回收：第2代的回收最为不频繁，因为这些对象可能长期存在。回收第2代通常是内存消耗较大时才触发的（称为完全回收）。
为什么分代回收有效：
- 对象生命周期的特点：大部分对象的生命周期较短，因此第0代频繁回收可以快速释放大量内存。同时，由于较长生命周期的对象数量较少且不经常变化，减少对第1代和第2代的回收频率可以提升性能。
分代回收的策略：
- 代内的局部性：GC 可以只在特定代进行回收，减少不必要的工作，避免完全扫描所有对象，从而提高效率。
- 提升机制：当一个对象在一次回收后依然存活，GC 会认为它可能长期存活，因此将其提升到更高的一代。提升后的对象在下一代会经历较少的回收频率。
优点：
- 高效的内存管理：分代回收利用了对象生命周期的局部性，能够在不频繁扫描整个堆的情况下，快速回收短生命周期对象，降低GC开销。
- 减少暂停时间：因为可以针对特定代进行垃圾回收，避免对整个内存进行全面扫描，减少了程序因垃圾回收暂停的时间。
缺点：
- 提升可能带来开销：对象从第0代到第1代、再到第2代的提升会带来一些额外的开销，尤其是当对象需要频繁提升时。
- 第2代回收代价高：第2代对象通常是大对象，回收时可能涉及复杂的操作，并且当第2代触发回收时，会导致一次较长的暂停。
3. 标记-压缩 （Mark-Compact）
标记压缩算法是在标记清除算法的基础之上，做了优化改进的算法。
不过在 标记阶段后它将所有活动对象紧密的排在堆的一侧（压缩），消除了内存碎片，然后清理边界以外的垃圾，从而 解决了碎片化的问题。
不过压缩是需要花费计算成本的。
缺点
- 压缩过程的开销，需要多次搜索堆：
- 标记后需要定位各个活动对象的新内存地址，然后再移动对象，总共搜索了3次堆。
4. 引用计数法（Reference Count）
引用技术算法是唯一一种不用用到根集概念的GC算法。其基本思路是为每个对象加一个计数器，计数器记录的是所有指向该对象的引用数量。每次有一个新的引用指向这个对象时，计数器加一；反之，如果指向该对象的引用被置空或指向其它对象，则计数器减一。当计数器的值为0时，则自动删除这个对象。
缺点：
- 最大的缺点，就是无法释放循环引用的对象。
- 必须在引用发生增减时对引用计数做出正确的增减，而如果漏掉了某个增减的话，就会引发很难找到原因的内存错误。
- 引用计数管理并不适合并行处理。
C# 的垃圾回收器通过结合这两种机制，能够在保持良好性能的同时，自动管理内存的分配与回收，极大地简化了开发者的工作。