.NET 4.5 Async/Await 和垃圾收集器

Question

我想知道async/await 与垃圾收集局部变量有关的行为。在下面的示例中，我分配了相当大的内存部分并进入了显着延迟。从代码中可以看出，Buffer 在await 之后没有使用。它会在等待时被垃圾收集，还是在函数执行期间内存被占用？

/// <summary>
/// How does async/await behave in relation to managed memory?
/// </summary>
public async Task<bool> AllocateMemoryAndWaitForAWhile() {
    // Allocate a sizable amount of memory.
    var Buffer = new byte[32 * 1024 * 1024];
    // Show the length of the buffer (to avoid optimization removal).
    System.Console.WriteLine(Buffer.Length);
    // Await one minute for no apparent reason.
    await Task.Delay(60000);
    // Did 'Buffer' get freed by the garabage collector while waiting?
    return true;
}

Answer 1

它会在等待时收集垃圾吗？

也许吧。垃圾收集器可以这样做，但不是必须这样做。

在函数执行期间内存是否会被占用？

也许吧。垃圾收集器可以这样做，但不是必须这样做。

基本上，如果垃圾收集器知道缓冲区永远不会被再次触及，那么它可以随时释放它。但是 GC 从来没有要求在任何特定的时间表上释放任何东西。

如果您特别担心，您可以随时将本地设置为null，但除非您明显有问题，否则我不会这样做。或者，您可以将操作缓冲区的代码提取到它自己的非异步方法中，并从异步方法同步调用它；那么本地就变成了普通方法的普通本地。

await 被实现为return，因此本地将超出范围，其生命周期将结束；然后数组将在下一次收集时收集，这需要在Delay 期间进行，对吗？

不，这些说法都不是真的。

首先，如果任务未完成，await 只是return；现在，Delay 将完成当然几乎是不可能的，所以是的，这将返回，但我们一般不能断定 await 返回给调用者。

其次，只有当 C# 编译器在 IL 中将其实际实现为临时池中的本地时，本地才会消失。 jitter 将把它作为堆栈槽或寄存器 jit，当方法的激活在await 结束时消失。但是 C# 编译器不需要这样做！

对于调试器中的人来说，在Delay 之后放置一个断点并看到本地已经消失，这似乎很奇怪，因此编译器可能将本地作为编译器中的一个字段来实现- 生成的类，绑定到为状态机生成的类的生命周期。在这种情况下，抖动将不太可能意识到该字段不再被读取，因此不太可能提前将其丢弃。 （虽然允许这样做。如果 C# 编译器可以证明你已经使用它，允许代表你将该字段设置为 null . 再次，这对于调试器中的人来说会很奇怪，因为他们突然看到他们的本地更改值，但编译器被允许生成单线程行为正确的任何代码。）

第三，没有什么要求垃圾收集器按任何特定的时间表收集任何东西。这个大数组会分配在大对象堆上，那个东西有自己的收集时间表。

第四，没有什么要求在任何给定的 60 秒间隔内有一个大型对象堆的集合。如果没有内存压力，那东西永远不需要收集。

Answer 2

Eric Lippert 说的是真的：C# 编译器对于它应该为async 方法生成什么 IL 有很大的余地。因此，如果您要问规范对此有何规定，那么答案是：数组可能在等待期间符合收集条件，这意味着它可能会被收集。

但另一个问题是编译器实际上做了什么。在我的计算机上，编译器生成Buffer 作为生成状态机类型的字段。该字段设置为分配的数组，然后再也不会设置。这意味着当状态机对象这样做时，该数组将有资格被收集。并且该对象是从延续委托中引用的，因此在等待完成之前它不会有资格被收集。这一切的意思是数组不会在等待期间有资格被收集，这意味着它不会被收集。

还有一些注意事项：

1. 状态机对象实际上是一个struct，但它是通过它实现的接口来使用的，因此它作为一个引用类型来进行垃圾回收。
2. 如果您确实确定不会收集数组这一事实对您来说是个问题，那么在await 之前将本地设置为null 可能是值得的。但在绝大多数情况下，您不必担心这一点。我当然不是说你应该在 await 之前定期将 locals 设置为 null。
3. 这是一个非常详细的实现细节。它可以随时更改，不同版本的编译器可能表现不同。

Answer 3

您的代码编译（在我的环境中：VS2012、C# 5、.NET 4.5、发布模式）以包含一个实现 IAsyncStateMachine 的结构，并具有以下字段：

public byte[] <Buffer>5__1;

因此，除非 JIT 和/或 GC 真的很聪明，（请参阅 Eric Lippert's answer 了解更多信息）假设大 byte[] 将保留在范围内是合理的直到异步任务完成。

Answer 4

我很确定它已收集，因为 await 结束了您当前的任务并“继续”另一个任务， 所以本地变量在等待后不使用时应该清理。

但是：编译器实际所做的可能会有所不同，所以我不会依赖这种行为。

Answer 5

Rolsyn 编译器对此主题进行了更新。

在发布配置中的 Visual Studio 2015 Update 3 中运行以下代码会产生

True
False

所以当地人被垃圾收集了。

    private static async Task MethodAsync()
    {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        var wr = new WeakReference(bytes);

        Console.WriteLine(wr.Target != null);

        await Task.Delay(100);

        FullGC();

        Console.WriteLine(wr.Target != null);

        await Task.Delay(100);

    }

    private static void FullGC()
    {
        GC.Collect();
        GC.WaitForPendingFinalizers();
        GC.Collect();
    }

注意，如果我们在 await 之后修改 MethodAsync 以使用局部变量，那么数组缓冲区将不会被垃圾回收。

 private static async Task MethodAsync()
    {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        var wr = new WeakReference(bytes);

        Console.WriteLine(wr.Target != null);

        await Task.Delay(100);

        Console.WriteLine(bytes.Length);

        FullGC();

        Console.WriteLine(wr.Target != null);

        await Task.Delay(100);

        FullGC();

        Console.WriteLine(wr.Target != null);
    }

这个的输出是

True
1024
True
True

代码示例取自这个 rolsyn issue。

Answer 6

它会在等待时收集垃圾吗？

没有。

在函数执行期间内存是否会被占用？

是的。

在 Reflector 中打开已编译的程序集。您将看到编译器生成了一个继承自 IAsyncStateMachine 的私有结构，异步方法的局部变量是该结构的一个字段。当拥有的实例还活着时，类/结构的数据字段永远不会被释放。