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聊一聊 C# 弱引用底层是怎么玩的

来源：责编：时间：2024-06-28 17:09:52 85观看

导读一、背景1. 讲故事最近在分析dump时，发现有程序的卡死和WeakReference有关，在以前只知道怎么用，但不清楚底层逻辑走向是什么样的，借着这个dump的契机来简单研究下。二、弱引用的玩法1. 一些基础概念用过WeakReference的朋

一、背景

1. 讲故事

最近在分析dump时，发现有程序的卡死和WeakReference有关，在以前只知道怎么用，但不清楚底层逻辑走向是什么样的，借着这个dump的契机来简单研究下。

二、弱引用的玩法

1. 一些基础概念

用过WeakReference的朋友都知道这里面又可以分为弱短和弱长两个概念，对应着构造函数中的trackResurrection参数，同时它也是对底层GCHandle.Alloc 方法的封装，参考源码如下：

public WeakReference(object? target, bool trackResurrection){    Create(target, trackResurrection);}private void Create(object target, bool trackResurrection){    nint num = GCHandle.InternalAlloc(target, trackResurrection ? GCHandleType.WeakTrackResurrection : GCHandleType.Weak);    _taggedHandle = (trackResurrection ? (num | 1) : num);    ComAwareWeakReference.ComInfo comInfo = ComAwareWeakReference.ComInfo.FromObject(target);    if (comInfo != null)    {        ComAwareWeakReference.SetComInfoInConstructor(ref _taggedHandle, comInfo);    }}public enum GCHandleType{    //    // Summary:    //     This handle type is used to track an object, but allow it to be collected. When    //     an object is collected, the contents of the System.Runtime.InteropServices.GCHandle    //     are zeroed. Weak references are zeroed before the finalizer runs, so even if    //     the finalizer resurrects the object, the Weak reference is still zeroed.    Weak = 0,    //    // Summary:    //     This handle type is similar to System.Runtime.InteropServices.GCHandleType.Weak,    //     but the handle is not zeroed if the object is resurrected during finalization.    WeakTrackResurrection = 1}

从上面的 GCHandleType 的注释来看。

Weak 会在终结器执行之前判断持有的对象是否为垃圾对象，如果是的话直接切断引用。
WeakTrackResurrection 会在终结器执行之后判断对象是否为垃圾对象，如果是的话直接切断引用。

可能这么说有点抽象，画张图如下：

图片

2. 一个简单的测试例子

为了方便讲述两者的区别，使用对象复活来做测试。

Weak 的情况

因为在 ScanForFinalization 方法之前做的判断，所以与垃圾对象的联系会被马上切断，参考代码如下：

class Program    {        static void Main()        {            WeakReferenceCase();            GC.Collect();            GC.WaitForPendingFinalizers();            Console.WriteLine(weakHandle.Target ?? "Person 引用被切断");            Console.ReadLine();        }        public static GCHandle weakHandle;        static void WeakReferenceCase()        {            var person = new Person() { ressurect = false };            weakHandle = GCHandle.Alloc(person, GCHandleType.Weak);        }    }    public class Person    {        public bool ressurect = false;        ~Person()        {            if (ressurect)            {                Console.WriteLine("Person 被永生了，不可能被消灭的。。。");                GC.ReRegisterForFinalize(this);            }            else            {                Console.WriteLine("Person 析构已执行...");            }        }    }

图片

WeakTrackResurrection 的情况

因为是在 ScanForFinalization 之后做的判断，这时候可能会存在对象复活的情况，所以垃圾又变成不垃圾了，如果是这种情况就不能切断，参考代码如下：

static void WeakReferenceCase(){    var person = new Person() { ressurect = true };    weakHandle = GCHandle.Alloc(person, GCHandleType.WeakTrackResurrection);}

图片

3. coreclr源码分析

在 coreclr 里有一个 struct 枚举强对应 GCHandleType 结构体，而且名字看的更加清楚，代码如下：

typedef enum{ HNDTYPE_WEAK_SHORT = 0, HNDTYPE_WEAK_LONG = 1,}HandleType;

接下来看下刚才截图源码上的验证。

void gc_heap::mark_phase(int condemned_gen_number, BOOL mark_only_p){ // null out the target of short weakref that were not promoted. GCScan::GcShortWeakPtrScan(condemned_gen_number, max_generation, &sc); dprintf(3, ("Finalize marking")); finalize_queue->ScanForFinalization(GCHeap::Promote, condemned_gen_number, mark_only_p, __this); // null out the target of long weakref that were not promoted. GCScan::GcWeakPtrScan(condemned_gen_number, max_generation, &sc);}BOOL CFinalize::ScanForFinalization(promote_func* pfn, int gen, BOOL mark_only_p, gc_heap* hp){    for (unsigned int Seg = startSeg; Seg <= gen_segment(0); Seg++)    {        Object** endIndex = SegQueue(Seg);        for (Object** i = SegQueueLimit(Seg) - 1; i >= endIndex; i--)        {            CObjectHeader* obj = (CObjectHeader*)*i;            if (!g_theGCHeap->IsPromoted(obj))            {                if (method_table(obj)->HasCriticalFinalizer())                {                    MoveItem(i, Seg, CriticalFinalizerListSeg);                }                else                {                    MoveItem(i, Seg, FinalizerListSeg);                }            }        }    }    if(finalizedFound) GCToEEInterface::EnableFinalization(true);    return finalizedFound;}

源码中有几个注意点：

如何判断一个对象为垃圾

gc 在标记时，将有根的对象mt的第一位设为 1 来表示当前已经标记过，即有用对象，未被标记的即为垃圾对象。

终结器线程真的被启动了吗

从简化的源码看，一旦有垃圾对象被送入到终结器队列的预备区时，就会通过 GCToEEInterface::EnableFinalization(true) 启动终结器线程，所以在测试代码中加了 GC.WaitForPendingFinalizers(); 就是为了等待终结器线程执行完毕然后才判断 Target，这样结果就会更加准确。

4. 切断逻辑在哪里

有些朋友会好奇那个 weakHandle.Target=null 的逻辑到底在 coreclr 的何处，这个比较简单，可以用 windbg 下 ba 断点即可，我们还是拿弱引用来举例，截图如下：

图片

三、总结

WeakReference 的内部玩法有很多，更深入的理解还需要对 g_HandleTableMap 进行深度挖掘，后面有机会再聊吧，有时候dump分析还是挺苦逼的，需要对相关领域底层知识有一个足够了解，否则谈何修复呢？

本文链接：http://www.28at.com/showinfo-26-97278-0.html聊一聊 C# 弱引用底层是怎么玩的

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