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通俗易懂话GC-C#的内存管理

news 来源：原创 2025/5/2 0:48:46

昨天和一个朋友聊到图像处理软件内存占用多的问题，然后很自然聊到了GC，回想起以往很初学者都问到类似的问题：

1、C#自己就会垃圾回收，为什么我还要关心垃圾回收？

2、GC可以回收垃圾，但回收的时候又会让线程卡住，我到底该不该GC.Collect()?

为了回答这些问题，我们先从一个小实验讲起

我们先做这样一个程序，不断从电脑摄像头读取图像，然后显示出来，代码很简单：

using OpenCvSharp;

using var capture = new VideoCapture(0, VideoCaptureAPIs.DSHOW);
if (!capture.IsOpened())
    return;

capture.FrameWidth = 1920;
capture.FrameHeight = 1280;
capture.AutoFocus = true;

const int sleepTime = 10;

using var window = new Window("capture");


while (true)
{
    var image = new Mat();
    capture.Read(image);
    if (image.Empty())
        break;

    window.ShowImage(image);
    int c = Cv2.WaitKey(sleepTime);
    if (c >= 0)
    {
        break;
    }
}

你将看到，内存持续增长，直到发生GC，如此往复：

现在我们加入手动GC：


using OpenCvSharp;

using var capture = new VideoCapture(0, VideoCaptureAPIs.DSHOW);
if (!capture.IsOpened())
    return;

capture.FrameWidth = 1920;
capture.FrameHeight = 1280;
capture.AutoFocus = true;

const int sleepTime = 10;

using var window = new Window("capture");


while (true)
{
    var image = new Mat();
    capture.Read(image);
    if (image.Empty())
        break;

    window.ShowImage(image);
    int c = Cv2.WaitKey(sleepTime);
   //手动触发GC
     GC.Collect();
    if (c >= 0)
    {
        break;
    }
}

可以看到，随着密集的GC，内存占用平稳了：

但是，问题解决了吗？有经验的小伙伴会知道，GC会让程序变卡，所以手动GC在大多数时间并不是一个万能灵药，相反是毒药，那么真正的解决方案是什么呢？

我们把代码再改一下：

把GC.Collect(); 改成 image.Dispose();


using OpenCvSharp;

using var capture = new VideoCapture(0, VideoCaptureAPIs.DSHOW);
if (!capture.IsOpened())
    return;

capture.FrameWidth = 1920;
capture.FrameHeight = 1280;
capture.AutoFocus = true;

const int sleepTime = 10;

using var window = new Window("capture");


while (true)
{
    var image = new Mat();
    capture.Read(image);
    if (image.Empty())
        break;

    window.ShowImage(image);
    int c = Cv2.WaitKey(sleepTime);
   // GC.Collect();    //手动触发GC
   image.Dispose();   //手动释放对象
    if (c >= 0)
    {
        break;
    }
}

可以看到，即没有发生内存暴涨，也没有发生GC。

为什么呢？GC.Collect(); 和 image.Dispose(); 分别发生了什么？

GC.Collect(); 时，程序内部发生了大迁徙：

第一步 GC线程会把其它线程从合作模式转换到抢占模式，合作模式线程可以访问托管堆和非托管堆，抢占模式只能访问非托管堆，可以简单的认为，GC线程会暂停其它线程。

第二步把托管堆的对象都标记为垃圾（我不是针对谁）。

第三步标记出存活的对象。

第四步清理失活对象，把标记存活的对像向前移动，覆盖空闲内存区，在后部空出整片的空闲区。

第五步恢复其它线程。

image.Dispose();时，程序只是把imgae对象所占的区域标定为空闲区。成本是极低的。

GC的成本很高，我应该想办法避免GC,尤其是在程序需要高实时响应的场合，那么又有了新的问题：

能避免自动GC吗？

首先，不需要过分担心自动GC,因为它和手动GC的“成本”大多数情况下并不相同。

为了不动辄进行大迁徙，设计者有设计分代回收的优化策略，一般对象初始化时会放在0代，每经历一次GC还能存活，就会上升一代，最终来到2代。大对象（大于85,000 byte) 比如图像初始化时就在2代。0代和1代的空间比较小，这样也是为了加速GC，自动GC一般不会像手动GC那样，把所有的代都整一遍，而是会优先回收低代内存，如果不够才会回收高代。

但避免自动GC还是我们的终极目标，想避免自动GC，首先要明白，自动GC什么时候会发生？

1、给新对象分配空间时，发现不够了。

2、收到系统物理内存不够的通知。

所以，总结一下：

1、大对象要手动销毁。别人实现的.Dispose()的要记得调用，自己写的大对象类要实现.Dispose()。

2、力大砖飞，物理内存要够大。

3、在合适的时候手动GC。

4、避免频繁创建大对象，比如上面的代码最优应该是下面这样：


using OpenCvSharp;

using var capture = new VideoCapture(0, VideoCaptureAPIs.DSHOW);
if (!capture.IsOpened())
    return;

capture.FrameWidth = 1920;
capture.FrameHeight = 1280;
capture.AutoFocus = true;

const int sleepTime = 10;

using var window = new Window("capture");

//在循环外创建大对象
using var image = new Mat();

while (true)
{
    
    capture.Read(image);
    if (image.Empty())
        break;

    window.ShowImage(image);
    int c = Cv2.WaitKey(sleepTime);
 
    if (c >= 0)
    {
        break;
    }
}