.Net托管堆布局

加載堆

主要是供CLR內(nèi)部使用，作為承載程序的元數(shù)據(jù)。

1. HighFrequencyHeap
   存放CLR高頻使用的內(nèi)部數(shù)據(jù)，比如MethodTable,MethodDesc.

通過(guò)is判斷類(lèi)型之間的繼承關(guān)系，調(diào)用接口的方法和虛方法，都需要訪問(wèn)MethodTable

2. LowFrequencyHeap
   存放CLR低頻使用的內(nèi)部數(shù)據(jù)，比如EEClass,ClassLoader.

GC信息與異常處理表，它們都只在發(fā)生時(shí)才訪問(wèn)，因此訪問(wèn)頻率不高。

3. StringLiteralMap
   字符串駐留池:https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18494483

字符串對(duì)象本身存儲(chǔ)在FOH堆中,String Literal Map只是一個(gè)索引

4. StubHeap
   函數(shù)入口的代碼堆
5. CodeHeap
   JIT編譯代碼使用的內(nèi)部堆，比如生成IL。
6. VirtualCallStubHeap
   虛方法調(diào)用的內(nèi)部堆

使用!eeheap -loader可以查看

眼見(jiàn)為實(shí)

新版sos呈現(xiàn)方式不一樣，可以使用老版sos展示文中所述內(nèi)容

托管堆

大家的老朋友了，不做過(guò)多解釋?zhuān)蒅C統(tǒng)一管理的內(nèi)存堆.一個(gè).NET程序中所有的Domain都會(huì)共用一個(gè)托管堆

1. SOH
   略略略
2. LOH
   略略略
3. POH
   固定對(duì)象專(zhuān)屬的堆，比如非托管線(xiàn)程訪問(wèn)托管對(duì)象，就需要把對(duì)象固定起來(lái)，避免被GC回收造成非托管代碼的訪問(wèn)違例.

使用!eeheap -gc可以查看

眼見(jiàn)為實(shí)

凍結(jié)堆

.NET8推出來(lái)的一個(gè)新堆，用來(lái)存放永遠(yuǎn)不會(huì)被GC管理的永生對(duì)象，比如string 字面量。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)對(duì)象你都永遠(yuǎn)不會(huì)釋放了，還放在托管堆就是浪費(fèi)了。不如單獨(dú)拎出來(lái)存。

眼見(jiàn)為實(shí)

https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18515971

段

上述所說(shuō)的各種堆，只是一個(gè)邏輯上的概念。作為內(nèi)存的物理承載。由堆段(Heap Seg-ment)實(shí)現(xiàn).
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，段是托管堆的物理表示。

眼見(jiàn)為實(shí)

SOH小對(duì)象堆

堆只是一個(gè)抽象的概念，在物理上的表現(xiàn)形式為內(nèi)存段，作為CLR細(xì)化堆的一種管理單位。多個(gè)段組成了堆。

.NET8之前的段結(jié)構(gòu)

在.NET 8 之前，段分為SOH，LOH，POH 三個(gè)段。
對(duì)于SOH段有點(diǎn)特殊，因?yàn)槎紊厦孢€有分代邏輯。包含0代和1代的對(duì)象只會(huì)分配在新分配的內(nèi)存段上(臨時(shí)段)，剩下的每個(gè)段都是2代的段

可以看到，代只是一個(gè)邏輯概念，并沒(méi)有獨(dú)立的段空間。0,1,2代共享段空間。

.NET8的段結(jié)構(gòu)

到了.NET 8，代已經(jīng)不是一個(gè)邏輯概念，而是一個(gè)物理概念。
每個(gè)代都有了自己獨(dú)立的段空間。

代機(jī)制

每當(dāng)GC觸發(fā)時(shí)，所有對(duì)象(非固定)都會(huì)進(jìn)行升代，直到gen2為止。

1. obj對(duì)象剛創(chuàng)建，為0代
   內(nèi)存地址為0x00000263ee009528,0x01fb08000028>0x000001fb080b71e0>01fb080b9068 說(shuō)明obj放在0代里
   
2. 第一次GC,obj升為1代
   內(nèi)存地址在1代空間范圍內(nèi)
   
3. 第二次GC，obj升為2代
   內(nèi)存地址在2代空間范圍內(nèi)
   

代邊界

細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)盲點(diǎn)，就是obj剛剛創(chuàng)建的時(shí)候，0代內(nèi)存起始點(diǎn)為0263ee000028，升為1代后，1代內(nèi)存起始點(diǎn)也變?yōu)榱?263ee000028，2代也同樣。
這就引申出另一個(gè)概念，GC升代，不是簡(jiǎn)單的copy對(duì)象從0代到1代。而是移動(dòng)代的邊界。
每次GC觸發(fā)時(shí)，代邊界指針會(huì)在多個(gè)“地址段”上遷移，通過(guò)這種邏輯操作，達(dá)到性能的最高，可以觀察上面的 Allocated 區(qū)，一會(huì)給了 0gen，一會(huì)又給了 1gen，一會(huì)又給了 2gen

LOH大對(duì)象堆

大對(duì)象堆存儲(chǔ)所有>=85000byte的對(duì)象,但也是有例外。LOH堆上對(duì)象管理相對(duì)寬松，沒(méi)有“代”機(jī)制，默認(rèn)情況下也不會(huì)壓縮。

例外1-32位環(huán)境下的double[]

        static void Main(string[] args)
        {
            double[] array1 = new double[999];
            Console.WriteLine(GC.GetGeneration(array1));
            double[] array2 = new double[1000];
            Console.WriteLine(GC.GetGeneration(array2));
            double[,] array3 = new double[32,32];
            Console.WriteLine(GC.GetGeneration(array3));
            long[] array4 = new long[1000];
            Console.WriteLine(GC.GetGeneration(array4));
            Debugger.Break();
            Console.ReadKey();
        }

這里有個(gè)很奇怪的現(xiàn)象，在32位環(huán)境下，array2的大小= 4b+4+4+1000*8=8012byte. 遠(yuǎn)遠(yuǎn)<=85000byte. 為什么被分配到了LOH堆？
這主要跟內(nèi)存對(duì)齊有關(guān),double的未對(duì)齊訪問(wèn)非常昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)long，ulong，int。這對(duì)于64位環(huán)境來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題，總是對(duì)SOH與LOH使用8byte對(duì)齊。但對(duì)于4字節(jié)對(duì)齊的32位環(huán)境。這就是個(gè)大問(wèn)題了.
所以CLR開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)決定將閾值大于1000的double放入LOH堆(LOH堆總是8byte對(duì)齊)。避免了double未對(duì)齊訪問(wèn)的巨大成本

例外2-StringInter與靜態(tài)成員以及元數(shù)據(jù)

https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18515971
參考此文，在.NET5之前沒(méi)有POH堆，所以CLR內(nèi)部使用的三個(gè)數(shù)組也會(huì)進(jìn)入LOH堆。
三個(gè)數(shù)組分別為

1. static對(duì)象的object[]
2. 字符串池 object[]
3. 元數(shù)據(jù) RuntimeType object[]

其實(shí)很好理解，這些都是低頻變化的內(nèi)容，放在LOH堆上好過(guò)放在SOH堆。

POH堆

POH堆解決了什么問(wèn)題？
從.NET5開(kāi)始，CLR團(tuán)隊(duì)給pinned的對(duì)象單獨(dú)放入一個(gè)段中，這樣pinned對(duì)象不會(huì)和普通對(duì)象混在一起。導(dǎo)致大量細(xì)小Free空間。從而降低托管堆碎片化，也降低了代降級(jí)的頻次。

有點(diǎn)遺憾的是，非托管代碼造成的對(duì)象固定，并不會(huì)移動(dòng)到POH堆中。因此代降級(jí)的現(xiàn)象依舊存在。
感覺(jué)未來(lái)微軟可以重點(diǎn)優(yōu)化這塊，固定對(duì)象是GC速度最大的阻礙。

如何使用POH堆？

在.NET 8中，將對(duì)象放入POH堆是一種“有意為之”行為，必須調(diào)用 GC 類(lèi)提供的 AllocateArray 和 AllocateUninitializedArray 方法并設(shè)置 pinned=true

FOH

FOH堆解決了什么問(wèn)題?
在.NET8中，如果一個(gè)對(duì)象在創(chuàng)建的時(shí)候，就明確知道是“永生”對(duì)象，那就沒(méi)必要納入托管堆的管理范圍，只會(huì)徒增GC的工作量。因此干脆把對(duì)象放在托管堆之外，來(lái)提高性能

常見(jiàn)的例子就是字符串的字面量(literal)

static對(duì)象布局，不會(huì)被GC回收的對(duì)象1

靜態(tài)的基元類(lèi)型(short,int,long) ,它的值本身并不存放在托管堆上。而是存放在Domain中的高頻堆中

靜態(tài)的引用類(lèi)型則不同。真正的對(duì)象存放在托管堆上,再由POH中一個(gè)object[]持有，最后被高頻堆中的m_pGCStatics所管理

Domain下每一個(gè)Module都維護(hù)了一個(gè)DomainLocalModule結(jié)構(gòu)，靜態(tài)變量放在該Module中

眼見(jiàn)為實(shí):靜態(tài)基元類(lèi)型分配在高頻堆上?

    internal class Program
    {
        static long age = 10086;
        static void Main(string[] args)
        {
            age = 12;
            Console.WriteLine("done. " + age);
            Debugger.Break();
        }
    }

通過(guò)匯編得知,static a的地址為00007ff9a618e4a8

觀察高頻堆地址可以發(fā)現(xiàn)，00007FF9A6180000<00007ff9a618e4a8<00007FF9A6190000 。明顯屬于高頻堆

眼見(jiàn)為實(shí):靜態(tài)引用類(lèi)型分配在哪？

    internal class Program
    {
        public static Person person = new Person();
        static void Main(string[] args)
        {
            var num = person.age;
            Console.WriteLine(num);
            Debugger.Break();
        }
    }
    public class Person
    {
        public int age = 12;
    }

1. 使用!gcwhere命令來(lái)查看person對(duì)象屬于0代中，說(shuō)明對(duì)象本身分配在托管堆
   

2. 使用!gcroot命令查看它的引用根,發(fā)現(xiàn)它被一個(gè)object[]所持有
   

3. 再查看object[]的所屬代,可以看到該對(duì)象屬于POH堆
   

4. bp coreclr!JIT_GetSharedNonGCStaticBase_Helper 下斷點(diǎn)來(lái)獲取 DomainLocalModule 實(shí)例
   
   注意，這里我重新運(yùn)行了一遍，所以object[]內(nèi)存地址有變

字符串駐留池布局，不會(huì)被GC回收的對(duì)象2

關(guān)于字符串的不可變性，參考此文：https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18494483

在.NET8之前，字符串駐留與靜態(tài)引用類(lèi)型處理模式無(wú)差別。
.NET 8加入FOH堆之后，會(huì)將編譯期間就能確定的字符串放入FOH堆，以便提高GC性能。

眼見(jiàn)為實(shí)

        static void Main(string[] args)
        {
            var str1 = "hello FOH";//編譯期間能確定
            var str2 = Console.ReadLine();
            string.Intern(str2);//運(yùn)行期間才能確定
            Console.WriteLine($"str1={str1},str2={str2}");
            Debugger.Break();
        }

1. 編譯期間能確定的，直接加入了FOH
   

2. 運(yùn)行期間確定，與靜態(tài)引用類(lèi)型處理流程一致
   
   

轉(zhuǎn)自https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18583743