CLR

CLR：即公共语言运行时(Common Language Runtime)，是中间语言（IL）的运行时环境，负责将编译生成的MSIL编译成计算机可以识别的机器码，负责资源管理（内存分配和垃圾回收等）。

可能有人会提问：为什么不直接编译成机器码，而要先编译成IL，然后在编译成机器码呢？

原因是：计算机的操作系统不同（分为32位和64位)，接受的计算机指令也是不同的，在不同的操作系统中就要进行不同的编译，写出的代码在不同的操作系统中要进行不同的修改。中间增加了IL层，不管是什么操作系统，编译生成的IL都是相同的，IL被不同操作系统的CLR编译成机器码，最终被计算机执行。

JIT：即时编译器，负责编译成机器码。

内存分配

内存分配：指程序运行时，进程占用的内存，由CLR负责分配。

值类型：值类型是struct的，例如：int、datetime等。

引用类型：即class，例如：类、接口，string等。

栈

栈：即线程栈，先进后出的一种数据结构，随着线程而分配，其顺序如下：

看下面的例子：

定义一个结构类型

在方法里面调用：

内存分配情况如下图所示：

注意：

堆

堆：对象堆，是进程中独立划出来的一块内存，有时一些对象需要长期使用不释放、对象的重用，这些对象就需要放到堆上。

来看下面的例子：

定义一个类

在代码中调用：

其内存分配如下：

注意：

复杂类型

先看下面引用类型的定义：

在一个引用类型里面定义了一个值类型的属性：_valueTypeField和一个值类型的局部变量：valueTypeLocalVariable，那么这两个值类型是如何进行内存分配的呢？其内存分配如下：

内存分配为什么是这种情况呢？值类型不应该是都分配在栈上面吗？为什么一个是分配在堆上面，一个是分配在栈上面呢？

_valueTypeField分配在堆上面比较好理解，因为引用类型是在堆上面分配了一整块内存，引用类型里面的属性也是在堆上面分配内存。

valueTypeLocalVariable分配在栈上面是因为valueTypeLocalVariable是一个全新的局部变量，调用方法的时候，会启用一个线程去调用，线程栈来调用方法，然后把局部变量分配到栈上面。

先来看看值类型的定义：

在值类型里面定义了引用类型，其内存是如何分配的呢？其内存分配如下：

从上面的截图中可以看出：值类型里面的引用类型的变量分配在栈上，值分配在堆上。

总结：

根据变量自身的类型决定，与所在的环境没关系。变量如果是值类型，就分配在栈上。变量如果是引用类型，内存地址的引用存放在栈上，值存放在堆上。

其属性/字段，都是在堆上分配内存。

其属性/字段由自身的类型决定。属性/字段是值类型就分配在栈上；属性/字段是引用类型就分配在堆上。

上面的三种情况可以概括成下面一句话：

引用类型在任何时候都是分配在堆上；值类型任何时候都是分配在栈上，除非值类型是在引用类型里面。

首先要明确一点：string是引用类型。

先看看下面的例子：

其内存分配如下图所示：

这时，在声明一个变量student2，然后用student给student2赋值：

这时内存是如何分配的呢？其内存分配如下：

从上面的截图中可以看出：student2被student赋值的时候，是在栈上面复制一份student的引用给student2，然后student和student2都是指向堆上面的同一块内存。

输出student和student2的值：

结果：

从结果可以看出：student和student2的值是一样的，这也能说明student和student2指向的是同一块内存。

这时修改student2的值：

这时在输出student和student2的值，其结果如下图所示：

从结果中可以看出：student的值保持不变，student2的值变为App，为什么是这样呢？这是因为string字符串的不可变性造成的。一个string变量一旦声明并初始化以后，其在堆上面分配的值就不会改变了。这时修改student2的值，并不会去修改堆上面分配的值，而是重新在堆上面开辟一块内存来存放student2修改后的值。修改后的内存分配如下：

在看下面一个例子：

结果：

可能有人会想：按照上面讲解的，student和student2应该指向的是不同的内存地址，结果应该是false啊，为什么会是true呢？这是因为CLR在分配内存的时候，会查找是否有相同的值，如果有相同的值，就重用；如果没有，这时在重新开辟一块内存。所以修改student2以后，student和student2都是指向同一块内存，结果输出是true。

注意：

这里需要区分string和其他引用类型的内存分配。其他引用类型的情况和string正好相反。看下面的例子

先定义一个Refence类，里面有一个int类型的属性，类定义如下：

在Main()方法里面调用：

结果：

从运行结果可以看出，如果是普通的引用类型，如果修改其他一个实例的值，那么另一个实例的值也会改变。正好与string类型相反。

内存回收

值类型存放在线程栈上，线程栈是每次调用都会产生，用完自己就会释放。

引用类型存放在堆上面，全局共享一个堆，空间有限，所以才需要垃圾回收。

CLR在堆上面是连续分配内存的。

C#中的资源分为两类：

由CLR管理的存在于托管堆上的称为托管资源，注意这里有2个关键点，第一是由CLR管理，第二存在于托管堆上。托管资源的回收工作是不需要人工干预的，CLR会在合适的时候调用GC(垃圾回收器)进行回收。

非托管资源是不由CLR管理，例如：Image Socket, StreamWriter, Timer, Tooltip, 文件句柄, GDI资源, 数据库连接等等资源（这里仅仅列举出几个常用的）。这些资源GC是不会自动回收的，需要手动释放。

托管资源

定期或在内存不够时，通过销毁不再需要或不再被引用的对象，来释放内存，是CLR的一个重要组件。

GC定期检查对象是否未被引用，如果对象没有被引用，则在检查销毁器列表。若在销毁器列表中没有标记，则立即回收。若在销毁器列表中有标记，则开启销毁器线程，由该线程调用析构函数，析构函数执行完，删除销毁器列表中的标记。

注意：

不建议写析构函数，原因如下：

注意：

越是最近分配的，越是会被回收。因为最近分配的都是0级对象，每次垃圾回收时都是先查询0级对象。

非托管资源

上面讲的都是针对托管资源的，托管资源会被GC回收，不需要考虑释放。但是，垃圾回收器不知道如何释放非托管的资源（例如，文件句柄、网络连接和数据库连接）。托管类在封装对非托管资源的直接或间接引用时，需要制定专门的规则，确保非托管的资源在回收类的一个实例时会被释放。

在定义一个类时，可以使用两种机制来自动释放非托管的资源。这些机制常常放在一起实现，因为每种机制都为问题提供了略为不同的解决方法。这两种机制是：

析构函数看起来类似于一个方法：与包含的类同名，但有一个前缀波形符号(~)。它没有返回值，不带参数，也没有访问修饰符。看下面的一个例子：

析构函数存在的问题：

注意：

在讨论C#中的析构函数时，在低层的.NET体系结构中，这些函数称为终结器(finalizer)。在C#中定义析构函数时，编译器发送给程序集的实际上是Finalize()方法，它不会影响源代码。C#编译器在编译析构函数时，它会隐式地把析构函数的代码编译为等价于重写Finalize()方法的代码，从而确保执行父类的Finalize()方法。例如，下面的C#代码等价于编译器为~MyClass()析构函数生成的IL：

在C#中，推荐使用System.IDisposable接口替代析构函数。IDisposable接口定义了一种模式，该模式为释放非托管的资源提供了确定的机制，并避免产生析构函数固有的与垃圾回收器相关的问题。IDisposable接口声明了一个Dispose()方法，它不带参数，返回void。例如：

Dispose()方法的实现代码显式地释放由对象直接使用的所有非托管资源，并在所有也实现了IDisposable接口的封装对象上调用Dispose()方法。这样，Dispose()方法为何时释放非托管资源提供了精确的控制。

C#提供了一种语法，可以确保在实现了IDisposable接口的对象的引用超出作用域时，在该对象上自动调用Dispose()方法。该语法使用了using关键字来完成此工作。例如：

析构函数和Dispose()的区别

析构函数 主要是用来释放非托管资源，等着GC的时候去把非托管资源释放掉，系统自动执行。GC回收的时候，CLR一定调用的，但是可能有延迟(释放对象不知道要多久呢)。

Dispose() 也是释放非托管资源的，主动释放，方法本身是没有意义的，我们需要在方法里面实现对资源的释放。GC的时候不会调用Dispose()方法，而是使用对象时，使用者主动调用这个方法，去释放非托管资源。

终结器和IDisposable接口的规则