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[你必须知道的.NET] 第十九回:对象创建始末(下)

作者: Anytao  来源: 博客园  发布时间: 2008-09-12 15:36  阅读: 3891 次  推荐: 1   原文链接   [收藏]  
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[你必须知道的.NET] 开篇有益

[你必须知道的.NET] 第一回:恩怨情仇:is和as

[你必须知道的.NET] 第二回:对抽象编程:接口和抽象类

[你必须知道的.NET] 第三回:历史纠葛:特性和属性

[你必须知道的.NET] 第四回:后来居上:class和struct

[你必须知道的.NET] 第五回:深入浅出关键字---把new说透

[你必须知道的.NET] 第六回:深入浅出关键字---base和this

[你必须知道的.NET] 第七回:品味类型---从通用类型系统开始

[你必须知道的.NET] 第八回:品味类型---值类型与引用类型(上)-内存有理

[你必须知道的.NET] 第九回:品味类型---值类型与引用类型(中)-规则无边

[你必须知道的.NET] 第十回:品味类型---值类型与引用类型(下)-应用征途

[你必须知道的.NET] 第十一回:参数之惑---传递的艺术(上)

[你必须知道的.NET] 第十二回:参数之惑---传递的艺术(下)

[你必须知道的.NET] 第十三回:从Hello, world开始认识IL

[你必须知道的.NET] 第十四回:认识IL代码---从开始到现在

[你必须知道的.NET] 第十五回:继承本质论

[你必须知道的.NET] 第十六回:深入浅出关键字---using全接触

[你必须知道的.NET] 第十七回:貌合神离:覆写和重载

[你必须知道的.NET] 第十八回:对象创建始末(上)

[你必须知道的.NET] 第十九回:对象创建始末(下)

[你必须知道的.NET]第二十回:学习方法论

[你必须知道的.NET]第二十一回:认识全面的null

[你必须知道的.NET]第二十二回:字符串驻留(上)---带着问题思考

[你必须知道的.NET]第三十二回,深入.NET 4.0之,Tuple一二


  本文将介绍以下内容:

  • 对象的创建过程

  • 内存分配分析

  • 内存布局研究

  接上回[第十八回:对象创建始末(上)],继续对对象创建话题的讨论>>>

  2.2 托管堆的内存分配机制

  引用类型的实例分配于托管堆上,而线程栈却是对象生命周期开始的地方。对32位处理器来说,应用程序完成进程初始化后,CLR将在进程的可用地址空间上分配一块保留的地址空间,它是进程(每个进程可使用4GB)中可用地址空间上的一块内存区域,但并不对应于任何物理内存,这块地址空间即是托管堆。

  托管堆又根据存储信息的不同划分为多个区域,其中最重要的是垃圾回收堆(GC Heap)和加载堆(Loader Heap),GC Heap用于存储对象实例,受GC管理;Loader Heap又分为High-Frequency Heap、Low-Frequency Heap和Stub Heap,不同的堆上又存储不同的信息。Loader Heap最重要的信息就是元数据相关的信息,也就是Type对象,每个Type在Loader Heap上体现为一个Method Table(方法表),而Method Table中则记录了存储的元数据信息,例如基类型、静态字段、实现的接口、所有的方法等等。Loader Heap不受GC控制,其生命周期为从创建到AppDomain卸载。

  在进入实际的内存分配分析之前,有必要对几个基本概念做以交代,以便更好的在接下来的分析中展开讨论。

  • TypeHandle,类型句柄,指向对应实例的方法表,每个对象创建时都包含该附加成员,并且占用4个字节的内存空间。我们知道,每个类型都对应于一个方法表,方法表创建于编译时,主要包含了类型的特征信息、实现的接口数目、方法表的slot数目等。

  • SyncBlockIndex,用于线程同步,每个对象创建时也包含该附加成员,它指向一块被称为Synchronization Block的内存块,用于管理对象同步,同样占用4个字节的内存空间。

  • NextObjPtr,由托管堆维护的一个指针,用于标识下一个新建对象分配时在托管堆中所处的位置。CLR初始化时,NextObjPtr位于托管堆的基地址。

  因此,我们对引用类型分配过程应该有个基本的了解,由于本篇示例中FileStream类型的继承关系相对复杂,在此本文实现一个相对简单的类型来做说明:

Code


  将上述实例的执行过程,反编译为IL语言可知:new关键字被编译为newobj指令来完成对象创建工作,进而调用类型的构造器来完成其初始化操作,在此我们详细的描述其执行的具体过程:

 

  • 首先,将声明一个引用类型变量aUser:

  VIPUser aUser;

  它仅是一个引用(指针),保存在线程的堆栈上,占用4Byte的内存空间,将用于保存VIPUser对象的有效地址,其执行过程正是上文描述的在线程栈上的分配过程。此时aUser未指向任何有效的实例,因此被自行初始化为null,试图对aUser的任何操作将抛出NullReferenceException异常。

  • 接着,通过new操作执行对象创建:

  aUser = new VIPUser();

  如上文所言,该操作对应于执行newobj指令,其执行过程又可细分为以下几步:

  (a)CLR按照其继承层次进行搜索,计算类型及其所有父类的字段,该搜索将一直递归到System.Object类型,并返回字节总数,以本例而言类型VIPUser需要的字节总数为15Byte,具体计算为:VIPUser类型本身字段isVip(bool型)为1Byte;父类User类型的字段id(Int32型)为4Byte,字段user保存了指向UserInfo型的引用,因此占4Byte,而同时还要为UserInfo分配6Byte字节的内存。

  (b)实例对象所占的字节总数还要加上对象附加成员所需的字节总数,其中附加成员包括TypeHandle和SyncBlockIndex,共计8字节(在32位CPU平台下)。因此,需要在托管堆上分配的字节总数为23字节,而堆上的内存块总是按照4Byte的倍数进行分配,因此本例中将分配24字节的地址空间。

  (c)CLR在当前AppDomain对应的托管堆上搜索,找到一个未使用的20字节的连续空间,并为其分配该内存地址。事实上,GC使用了非常高效的算法来满足该请求,NextObjPtr指针只需要向前推进20个字节,并清零原NextObjPtr指针和当前NextObjPtr指针之间的字节,然后返回原NextObjPtr指针地址即可,该地址正是新创建对象的托管堆地址,也就是aUser引用指向的实例地址。而此时的NextObjPtr仍指向下一个新建对象的位置。注意,栈的分配是向低地址扩展,而堆的分配是向高地址扩展。

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