Garbage Collection unter .NET

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Garbage Collection unter .NET

• Garbage Collection
• Optimierung
• Finalization
• Resurrection

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Vorteile von Garbage Collection

• Kein explizites Freigeben von Speicher
• Beseitigung möglicher Fehlerquellen
• Keine Fragmentierung des Heaps
• Performance-Vorteil
• Garantierte locality of reference bei Erzeugung
• Durch Verdichtung des Heaps rücken langlebige
  Objekte zusammen

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Mark Compact

• Markieren aller erreichbaren Objekte, Entfernen
  aller nicht markierten

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Mark Compact

• Verdichtung des Heaps, Neuberechnung der Zeiger
  (auch members)

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Optimierung durch Generationen

• Für die meisten Applikationen gilt
• Je neuer ein Objekt, desto kürzer die Lebenszeit,
  und je älter, desto länger wird die Lebenszeit
  sein
• Neuere Objekte haben stärkere Beziehungen
  untereinander und werden öfter verwendet
• Und Teile des Heaps zu bearbeiten ist
  effizienter als den gesamten zu verdichten
• Optimierung durch differenzierte Behandlung von
  Objekten unterschiedlichen Alters

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Generationen

• Neue Objekte sind Generation 0
• Objekte, die einen GC-Lauf überleben, erreichen
  die nächsthöhere Generation

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Generationen Performance

• GC kann Freigabe auf Generation 0 beschränken
• Da neuere Objekte meist kurze Lebensdauer haben,
  wird in Gen. 0 meist mehr Speicher freigegeben
  als in den anderen
• Beschränkung der Mark-Traversierung
• Innere Referenzen werden nur verfolgt bei
• neuen Objekten
• alten Objekte, auf die seit der letzen Collection
  geschrieben wurde

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Multi-Threading

• Wenn GC eine Collection starten will, müssen alle
  Threads angehalten werden
• Mechanismen
• Fully interruptible code
• Safe Points (vom JITC in Code eingefügt)
• Für unmanaged code
• Hijacking um Thread anzuhalten
• Thread kann während Collection weiterlaufen
• pinned objects erforderlich

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Finalization

• Ressourcen müssen freigegeben werden
• GC vergibt Speicher, gibt ihn wieder frei
• aber nicht möglich für unbekannte Ressourcen
• Netzwerkverbindungen
• Dateihandles
• Datenbanken, etc.
• Objekt kann durch Finalization Ressourcen
  freigeben, wenn es durch GC entfernt wird

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Finalization Code Beispiel

• Public class NetworkObj
• NetworkResource res
• Public NetworkObj()
• res new NetworkResource()
• ...
• NetworkObj()
• res.close()

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Finalization Behandlung

• Enthält ein Objekt eine Finalize-Methode, wird
  ein Zeiger auf das Objekt in die Finalization
  Queue gestellt (bei Erzeugung des Objekts)

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Finalization Behandlung

• Wird ein Objekt als Garbage betrachtet, und
  befindet sich ein Zeiger darauf im Fin.-Queue,
  wird dieser in den F-reachable Queue kopiert

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Finalization Behandlung

• Objekte im F-reachable Queue können noch NICHT
  freigegeben werden, da erst ihre Finalize-Methode
  aufgerufen werden muß

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Finalization Behandlung

• Separater Thread wird gestartet, der die Objekte
  im F-reachable Queue abarbeitet
• Objekte können erst im nächsten GC-Lauf
  tatsächlich freigegeben werden!

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Finalization Nachteile

• Erzeugung von Objekten mit Finalize-Methode
  dauert länger
• Freigabe dauert länger (Aufrufe der Methoden
  erforderlich)
• Speicher wird nicht sofort freigegeben
• Ist kein (deterministischer) Destruktor
• Darf nicht direkt aufgerufen werden
• Zeitpunkt und Reihenfolge der Ausführung sind
  willkürlich
• Nur verwenden wenn wirklich nötig

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Dispose

• Die meisten Ressourcen wollen möglichst früh
  wieder freigegeben werden
• Unteilbare Ressourcen (z.B. Datei) können durch
  die Nicht-Vorhersagbarkeit des Freigabe-Zeitpunkte
  s problematisch sein
• Lösung
• (manuell aufrufbare) Freigabe-Methode
• Finalize als Backup

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Dispose

• In der Dispose-Methode kann durch
  System.GC.SuppressFinalize(this) der Zeiger aus
  dem Finalization Queue entfernt werden, Finalize
  wird nicht aufgerufen
• Vorteile
• Wird explizit Dispose() aufgerufen (Normalfall),
  wird das Freigeben effizienter
• Wird vergessen, gibt der GC die Ressourcen frei

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Resurrection

• F-reachable Queue Zeiger werden als Wurzelzeiger
  aufgefaßt
• D.h. das Objekt ist tot, wird in den Queue
  verschoben und lebt wieder bis zur nächsten
  Collection (der Zeiger ist dann entfernt)
• Objekt kann in Finalize eine globale oder
  statische Referenz auf sich selbst erzeugen
• wird resurrected, da wieder erreichbar
• Allerdings wird Finalize das nächste Mal nicht
  mehr ausgeführt

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Resurrection

• Nutzen von Resurrection
• z.B. für Objekt-Pool
• hilfreich für Objekte mit zeitintensiven
  Konstruktoren (z.B. Datenbankverbindung)
• Im Normalfall nicht verwenden, da schwer zu
  durchschauen

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WeakReference

• Direkte Referenzen sind strong references
• weak references für Objekte, die man später
  zwar wieder braucht, die das System aber bei
  Bedarf freigeben darf
• sr new SomeObject()
• WeakReference wr new WeakReference(sr)
• sr null
• ...
• sr (SomeObject)wr.Target
• if (srnull) sr new SomeObject()

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Direkte Interaktion mit dem GC

• System.GC.Collect()
• System.GC.Collect(int generation)
• System.GC.GetGeneration(object)
• System.GC.GetTotalMemory()
• System.GC.KeepAlive(object)
• System.GC.SuppressFinalize(object)
• System.GC.ReRegisterForFinalize(object)
• System.GC.WaitForPendingFinalizers()

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Literatur

• http//msdn.microsoft.com/library/default.asp?url
  /msdnmag/issues/1100/GCI/TOC.ASP
• http//msdn.microsoft.com/msdnmag/issues/1200/GCI2
  /default.aspx
• Kevin Burton .NET Common Language Runtime
  Unleashed, Sams Publishing 2002
• Dave Stutz, Ted Neward, Geoff Shilling Shared
  Source CLI Essentials. O'Reilly 2003