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深刻理解C#中資源釋放

 首先,我們需要明確2個概念。

第一個就是很多人用.Net寫程式,會談到託管這個概念。那麼.Net所指的資源託管到底是什麼意思,是相對於所有資源,還是隻限於某一方面資源?很多人對此不是很瞭解,其實.Net所指的託管只是針對記憶體這一個方面,並不是對於所有的資源;因此對於Stream,資料庫的連線,GDI+的相關物件,還有Com物件等等,這些資源並不是受到.Net管理而統稱為非託管資源。而對於記憶體的釋放和回收,系統提供了GC-Garbage Collector,而至於其他資源則需要手動進行釋放。
 
那麼第二個概念就是什麼是垃圾,通過我以前的文章,會了解到.Net型別分為兩大類,一個就是值型別,另一個就是引用型別。前者是分配在棧上,並不需要GC回收;後者是分配在堆上,因此它的記憶體釋放和回收需要通過GC來完成。GC的全稱為“Garbage Collector”,顧名思義就是垃圾回收器,那麼只有被稱為垃圾的物件才能被GC回收。也就是說,一個引用型別物件所佔用的記憶體需要被GC回收,需要先成為垃圾。那麼.Net如何判定一個引用型別物件是垃圾呢,.Net的判斷很簡單,只要判定此物件或者其包含的子物件沒有任何引用是有效的,那麼系統就認為它是垃圾。


 
明確了這兩個基本概念,接下來說說GC的運作方式以及其的功能。記憶體的釋放和回收需要伴隨著程式的執行,因此係統為GC安排了獨立的執行緒。那麼GC的工作大致是,查詢記憶體中物件是否成為垃圾,然後對垃圾進行釋放和回收。那麼對於GC對於記憶體回收採取了一定的優先演算法進行輪循回收記憶體資源。其次,對於記憶體中的垃圾分為兩種,一種是需要呼叫物件的解構函式,另一種是不需要呼叫的。GC對於前者的回收需要通過兩步完成,第一步是呼叫物件的解構函式,第二步是回收記憶體,但是要注意這兩步不是在GC一次輪循完成,即需要兩次輪循;相對於後者,則只是回收記憶體而已。
 
很明顯得知,對於某個具體的資源,無法確切知道,物件解構函式什麼時候被呼叫,以及GC什麼時候會去釋放和回收它所佔用的記憶體。那麼對於從C、C++之類語言轉換過來的程式設計師來說,這裡需要轉變觀念。
 
那麼對於程式資源來說,我們應該做些什麼,以及如何去做,才能使程式效率最高,同時佔用資源能儘快的釋放。前面也說了,資源分為兩種,託管的記憶體資源,這是不需要我們操心的,系統已經為我們進行管理了;那麼對於非託管的資源,這裡再重申一下,就是Stream,資料庫的連線,GDI+的相關物件,還有Com物件等等這些資源,需要我們手動去釋放。
 
如何去釋放,應該把這些操作放到哪裡比較好呢。.Net提供了三種方法,也是最常見的三種,大致如下:
<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->解構函式;
<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->繼承IDisposable介面,實現Dispose方法;
<!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->提供Close方法。
 
經過前面的介紹,可以知道解構函式只能被GC來呼叫的,那麼無法確定它什麼時候被呼叫,因此用它作為資源的釋放並不是很合理,因為資源釋放不及時;但是為了防止資源洩漏,畢竟它會被GC呼叫,因此解構函式可以作為一個補救方法。而Close與Dispose這兩種方法的區別在於,呼叫完了物件的Close方法後,此物件有可能被重新進行使用;而Dispose方法來說,此物件所佔有的資源需要被標記為無用了,也就是此物件被銷燬了,不能再被使用。
例如,常見SqlConnection這個類,當呼叫完Close方法後,可以通過Open重新開啟資料庫連線,當徹底不用這個物件了就可以呼叫Dispose方法來標記此物件無用,等待GC回收。明白了這兩種方法的意思後,大家在往自己的類中新增的介面時候,不要歪曲了這兩者意思。

接下來說說這三個函式的呼叫時機,我用幾個試驗結果來進行說明,可能會使大家的印象更深。
首先是這三種方法的實現,大致如下:

    ///<summary>
    /// The class to show three disposal function
    ///</summary>
    public class DisposeClass:IDisposable
    {
        public void Close()
        {
            Debug.WriteLine( "Close called!" );
        }
 
        ~DisposeClass()
        {
            Debug.WriteLine( "Destructor called!" );
        }
 
        IDisposable Members#region IDisposable Members
 
        public void Dispose()
        {
            // TODO: Add DisposeClass.Dispose implementation
            Debug.WriteLine( "Dispose called!" );
        }
 
        #endregion
        對於Close來說不屬於真正意義上的釋放,除了注意它需要顯示被呼叫外,我在此對它不多說了。而對於解構函式而言,不是在物件離開作用域後立刻被執行,只有在關閉程序或者呼叫GC.Collect方法的時候才被呼叫,參看如下的程式碼執行結果。         private void Create()
        {
            DisposeClass myClass = new DisposeClass();
        }
 
        private void CallGC()
        {
            GC.Collect();
        }
 
        // Show destructor
        Create();
        Debug.WriteLine( "After created!" );
        CallGC();
執行的結果為:
After created!
Destructor called!
顯然在出了Create函式外,myClass物件的解構函式沒有被立刻呼叫,而是等顯示呼叫GC.Collect才被呼叫。
 
對於Dispose來說,也需要顯示的呼叫,但是對於繼承了IDisposable的型別物件可以使用using這個關鍵字,這樣物件的Dispose方法在出了using範圍後會被自動呼叫。例如:
    using( DisposeClass myClass = new DisposeClass() )
    {
        //other operation here
    }
如上執行的結果如下:
Dispose called!

       那麼對於如上DisposeClass型別的Dispose實現來說,事實上GC還需要呼叫物件的解構函式,按照前面的GC流程來說,GC對於需要呼叫解構函式的物件來說,至少經過兩個步驟,即首先呼叫物件的解構函式,其次回收記憶體。也就是說,按照上面所寫的Dispose函式,雖說被執行了,但是GC還是需要執行解構函式,那麼一個完整的Dispose函式,應該通過呼叫GC.SuppressFinalize(this )來告訴GC,讓它不用再呼叫物件的解構函式中。那麼改寫後的DisposeClass如下:
     ////<summary>
    /// The class to show three disposal function
    ///</summary>
    public class DisposeClass:IDisposable
    {
        public void Close()
        {
            Debug.WriteLine( "Close called!" );
        }
 
        ~DisposeClass()
        {
            Debug.WriteLine( "Destructor called!" );
        }
 
        IDisposable Members#region IDisposable Members
 
        public void Dispose()
        {
            // TODO: Add DisposeClass.Dispose implementation
            Debug.WriteLine( "Dispose called!" );
            GC.SuppressFinalize( this );
        }
 
        #endregion
    }
       通過如下的程式碼進行測試。         private void Run()
        {
            using( DisposeClass myClass = new DisposeClass() )
            {
                //other operation here
            }
        }
 
        private void CallGC()
        {
            GC.Collect();
        }
 
        // Show destructor
        Run();
        Debug.WriteLine( "After Run!" );
        CallGC();
執行的結果如下:
Dispose called!
After Run!
  顯然物件的解構函式沒有被呼叫。 通過如上的實驗以及文字說明,大家會得到如下的一個對比表格。
解構函式 dispose方法 close方法
意義 銷燬物件 銷燬物件 關閉物件資源
呼叫方式 不能被顯示呼叫,會被GC呼叫 需要顯示呼叫
或者通過using語句
需要顯示呼叫
呼叫時機 不確定 確定,在顯示呼叫或者離開using程式塊 確定,在顯示呼叫時
那麼在定義一個型別的時候,是否一定要給出這三個函式地實現呢。
 
我的建議大致如下。
<!--[if !supportLists]-->1.<!--[endif]-->提供解構函式,避免資源未被釋放,主要是指非記憶體資源;
<!--[if !supportLists]-->2.<!--[endif]-->對於Dispose和Close方法來說,需要看所定義的型別所使用的資源(參看前面所說),而決定是否去定義這兩個函式;
<!--[if !supportLists]-->3.<!--[endif]-->在實現Dispose方法的時候,一定要加上“GC.SuppressFinalize( this )”語句,避免再讓GC呼叫物件的解構函式。
 
C#程式所使用的記憶體是受託管的,但不意味著濫用,好地程式設計習慣有利於提高程式碼的質量以及程式的執行效率。