CLR垃圾回收器根據(jù)所占空間大小劃分對(duì)象。大對(duì)象和小對(duì)象的處理方式有很大區(qū)別。比如內(nèi)存碎片整理 —— 在內(nèi)存中移動(dòng)大對(duì)象的成本是昂貴的，讓我們研究一下垃圾回收器是如何處理大對(duì)象的，大對(duì)象對(duì)程序性能有哪些潛在的影響。
大對(duì)象堆和垃圾回收
在.Net 1.0和2.0中，如果一個(gè)對(duì)象的大小超過(guò)85000byte，就認(rèn)為這是一個(gè)大對(duì)象。這個(gè)數(shù)字是根據(jù)性能優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)得到的。當(dāng)一個(gè)對(duì)象申請(qǐng)內(nèi)存大小達(dá)到這個(gè)閥值，它就會(huì)被分配到大對(duì)象堆上。這意味著什么呢？要理解這個(gè)，我們需要理解.Net垃圾回收機(jī)制。
如大多人所知道的，.Net GC是按照“代”來(lái)回收的。程序中的對(duì)象共有3代，0代、1代和2代，0代是最年輕的對(duì)象，2代對(duì)象存活的時(shí)間最長(zhǎng)。GC按代回收垃圾也是出于性能考慮 的；通常的對(duì)象都會(huì)在0代是被回收。例如，在一個(gè)asp.net程序中，和每一個(gè)請(qǐng)求相關(guān)的對(duì)象都應(yīng)該在請(qǐng)求結(jié)束時(shí)回收掉。而沒(méi)有被回收的對(duì)象會(huì)成為1代 對(duì)象；也就是說(shuō)1代對(duì)象是常駐內(nèi)存對(duì)象和馬上消亡對(duì)象之間的一個(gè)緩沖區(qū)。
從代的角度看，大對(duì)象屬于2代對(duì)象，因?yàn)橹挥性?代回收時(shí)才會(huì)處理大對(duì)象。當(dāng)某代垃圾回收?qǐng)?zhí)行時(shí)，會(huì)同時(shí)執(zhí)行更年輕代的垃圾回收。比如：當(dāng)1代垃圾回收時(shí)會(huì)同時(shí)回收1代和0代的對(duì)象，當(dāng)2代垃圾回收時(shí)會(huì)執(zhí)行1代和0代的回收.
代是垃圾回收器區(qū)分內(nèi)存區(qū)域的邏輯視圖。從物理存儲(chǔ)角度看，對(duì)象分配在不同的托管堆上。一個(gè)托管堆（managed heap）是垃圾回收器從操作系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存區(qū)（通過(guò)調(diào)用windows api VirtualAlloc）。當(dāng)CLR載入內(nèi)存之后，會(huì)初始化兩個(gè)托管堆，一個(gè)大對(duì)象堆（LOH –large object heap）和一個(gè)小對(duì)象對(duì)（SOH – small object heap）。
內(nèi)存分配請(qǐng)求就是將托管對(duì)象放到對(duì)應(yīng)的托管堆上。如果對(duì)象的大小小于85000byte，它會(huì)被放置在SOH；否則會(huì)被放在LOH上。
對(duì)于SOH，對(duì)象在執(zhí)行一次垃圾回收之后，會(huì)進(jìn)入到下一代。也就是說(shuō)如果在第一次執(zhí)行垃圾回收時(shí)，存活下來(lái)的對(duì)象會(huì)進(jìn)入第二代，如果在第2次垃圾回收之后該對(duì)象仍然沒(méi)有被當(dāng)作垃圾回收掉，它就會(huì)成為2代對(duì)象；2代對(duì)象就是最老的對(duì)象不會(huì)在提升代數(shù)。
當(dāng)觸發(fā)垃圾回收時(shí)，垃圾回收器會(huì)在小對(duì)象堆做碎片整理，將存活下來(lái)的對(duì)象移動(dòng)到一起。而對(duì)于大對(duì)象堆，由于移動(dòng)內(nèi)存的開(kāi)銷(xiāo)很大，CLR團(tuán)隊(duì)選擇只是清除它們，將回收掉的對(duì)象組成一個(gè)列表，以便滿(mǎn)足下次有大對(duì)象申請(qǐng)使用內(nèi)存，相鄰的垃圾對(duì)象會(huì)被合并成一塊空閑的內(nèi)存塊。
需要時(shí)時(shí)留意的是，直到.Net 4.0中也不會(huì)對(duì)大對(duì)象堆做碎片整理操作，將來(lái)也許會(huì)做。因此如果你要分配大對(duì)象并不想他們被移動(dòng)，你可以使用fixed語(yǔ)句。
如下小對(duì)象堆SOH的回收示意圖
上圖中第一次垃圾回收之前有四個(gè)對(duì)象obj0-3；在第一垃圾回收之后obj1和obj3被回收了，同時(shí)obj2和obj0移動(dòng)到一起了；在第二次 垃圾回收之前有分配了三個(gè)對(duì)象obj4-6；在第二次執(zhí)行垃圾回收之后obj2和obj5被回收了，obj4和obj6被移動(dòng)到obj0旁邊。
下圖是大對(duì)象堆LOH回收示意圖
可以看到在未執(zhí)行垃圾回收之前，一共有四個(gè)對(duì)象obj0-3；第一次二代垃圾回收之后obj1和obj2被回收掉了，回收掉之后obj1和obj2 所占空間被合并到了一起，在obj4申請(qǐng)分配內(nèi)存時(shí)就把obj1和obj2回收后釋放的空間分配給它了；同時(shí)留下了一塊內(nèi)存碎片。如果這個(gè)碎片的大小小于 85000byte，那么這個(gè)碎片就在這個(gè)程序的生命周期中永遠(yuǎn)不能被再次利用了。
如果大對(duì)象堆上沒(méi)有足夠的空閑內(nèi)存容納要申請(qǐng)的大對(duì)象空間，CLR首先會(huì)嘗試向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，如果申請(qǐng)失敗，就會(huì)觸發(fā)一次二代回收來(lái)嘗試釋放一些內(nèi)存。
在2代垃圾回收時(shí)，可以將不需要的內(nèi)存通過(guò)VirtualFree交還給操作系統(tǒng)。交還的過(guò)程參見(jiàn)下圖：
什么時(shí)候回收大對(duì)象呢？
在討論什么時(shí)候回收大對(duì)象之前先來(lái)看下普通的垃圾回收操作什么時(shí)機(jī)執(zhí)行吧。垃圾回收在下列情況下發(fā)生：
1. 申請(qǐng)的空間超過(guò)0代內(nèi)存大小或者大對(duì)象堆的閥值，多數(shù)的托管堆垃圾回收在這種情況下發(fā)生
2. 在程序代碼中調(diào)用GC.Collect方法時(shí)；如果在調(diào)用GC.Collect方法是傳入GC.MaxGeneration參數(shù)時(shí)，會(huì)執(zhí)行所有代對(duì)象的垃圾回收，包括大對(duì)象堆的垃圾回收
3. 操作系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)，當(dāng)應(yīng)用程序收到操作系統(tǒng)發(fā)出的高內(nèi)存通知時(shí)
4. 如果垃圾回收算法認(rèn)為做二代回收是有收效時(shí)會(huì)觸發(fā)二代垃圾回收