C#规范整理·资源管理和序列化
发布于 2 个月前 作者 yan 85 次浏览

源管理(尤其是内存回收)曾经是程序员的噩梦,不过在.NET平台上这个噩梦似乎已经不复存在。CLR在后台为垃圾回收做了很多事情,使得我们现在谈起在.NET上进行开发时,都会说还是new一个对象吧!回收?有垃圾回收器呢。其实并没有这么简单。   对象序列化是现代软件开发中的一项重要技术,无论是本地存储还是远程传输,都会使用序列化技术来保持

资源管理

1.显式释放资源需继承接口IDisposable

C#中的每一个类型都代表一种资源,而资源又分为两类:

  • 托管资源 由CLR管理分配和释放的资源,即从CLR里new出来的对象。
  • 非托管资源 不受CLR管理的对象,如Windows内核对象,或者文件、数据库连接、套接字、COM对象等。

如果我们的类型使用到了非托管资源,或者需要显式地释放托管资源,那么就需要让类型继承接口IDisposable,这毫无例外。这相当于告诉调用者:类型对象是需要显式释放资源的,你需要调用类型的Dispose方法。,一个标准的继承了IDisposable接口的类型应该像下面这样去实现。这种实现我们称为Dispose模式:

承IDispose接口也为实现语法糖using带来了便利。在C#编码中,如果像下面这样使用using,编译器会自动为我们生成调用Dispose方法的IL代码:

2.即使提供了显式释放方法,也应该在终结器中提供隐式清理

在标准的Dispose模式中,我们注意到一个以~开头的方法,如下所示:

这个方法叫做类型的终结器。提供终结器的意义在于:我们不能奢望类型的调用者肯定会主动调用Dispose方法,基于终结器会被垃圾回收器调用这个特点,它被用作资源释放的补救措。

对于没有继承IDisposable接口的类型对象,垃圾回收器则会直接释放对象所占用的内存;而对于实现了Dispose模式的类型,在每次创建对象的时候,CLR都会将该对象的一个指针放到终结列表中,垃圾回收器在回收该对象的内存前,会首先将终结列表中的指针放到一个freachable队列中。同时,CLR还会分配专门的线程读取freachable队列,并调用对象的终结器,只有到这个时候,对象才会真正被标识为垃圾,并且在下一次进行垃圾回收时释放对象占用的内存。

可以看到,实现了Dispose模式的类型对象,起码要经过两次垃圾回收才能真正地被回收掉,因为垃圾回收机制会首先安排CLR调用终结器。基于这个特点,如果我们的类型提供了显式释放的方法来减少一次垃圾回收,同时也可以在终结器中提供隐式清理,以避免调用者忘记调用该方法而带来的资源泄漏。

注意1 在有的文档中,终结器也称做析构器。

注意2 如果调用者已经调用Dispose方法进行了显式地资源释放,那么,隐式释放资源(也就是终结器)就没有必要再运行了。 FCL中的类型GC提供了静态方法SuppressFinalize来通知垃圾回收器这一点。注意查看Dispose方法:

public void Dispose()
{   
   Dispose(true); 
  GC.SuppressFinalize(this);
} 

3.Dispose方法应允许被多次调用

一个类型的Dispose方法应该允许被多次调用而不抛异常。鉴于这个原因,类型内部维护了一个私有的布尔型变量disposed,如下所示:

在实际清理代码的方法中,加入了如下的判断语句:

if(disposed)
{    
return;
} 

在//省略部分的代码,方法的最后为disposed赋值为true:disposed=true;这意味着如果类型已经被清理过一次,那么清理工作将不再进行。对象被调用过Dispose方法,并不表示该对象已经被置为null,且被垃圾回收机制回收过内存,已经彻底不存在了。事实上,对象的引用可能还在。但是,对象被Dispose过,说明对象的正常状态已经不存在了,此时如果调用对象公开的方法,应该会为调用者抛出一个ObjectDisposedException。

4.在Dispose模式中应提取一个受保护的虚方法

真正实现IDisposable接口的Dispose方法并没有做实际的清理工作,它其实是调用了下面这个带布尔参数且受保护的虚方法:

之所以提供这样一个受保护的虚方法,是因为考虑了这个类型会被其他类继承的情况。如果类型存在一个子类,子类也许会实现自己的Dispose模式。受保护的虚方法用来提醒子类:必须在实现自己的清理方法时注意到父类的清理工作,即子类需要在自己的释放方法中调用base.Dispose方法。

如果不为类型提供这个受保护的虚方法,很有可能让开发者设计子类的时候忽略掉父类的清理工作。所以,基于继承体系的原因,要为类型的Dispose模式提供一个受保护的虚方法。

5.在Dispose模式中应区别对待托管资源和非托管资源

Dispose模式设计的思路基于:如果调用者显式调用了Dispose方法,那么类型就该按部就班地将自己的资源全部释放。如果调用者忘记调用Dispose方法了,那么类型就假定自己的所有托管资源会全部交给垃圾回收器回收,所以不进行手工清理。理解了这一点,我们就理解了为什么在Dispose方法中,虚方法传入的参数是true,而在终结器中,虚方法传入的参数是false。

6.具有可释放字段的类型或拥有本机资源的类型应该是可释放的

我们将C#中的类型分为:普通类型和继承了IDisposable接口的非普通类型。非普通类型除了那些包含托管资源的类型外,还包括类型本身也包含一个非普通类型的字段的类型。 在标准的Dispose模式中,我们对非普通类型举了一个例子:一个非普通类型AnotherResource。由于AnotherResource是一个非普通类型,所以如果现在有这么一个类型,它组合了AnotherResource,那么它就应该继承IDisposable接口,代码如下所示:

类型AnotherSampleClass虽然没有包含任何显式的非托管资源,但是由于它本身包含了一个非普通类型,所以我们仍旧必须为它实现一个标准的Dispose模式。 除此以外,类型拥有本机资源(即非托管类型资源),它也应该继承IDisposable接口。

7.及时释放资源

很多人会注意到:垃圾回收机制自动为我们隐式地回收了资源(垃圾回收器会自动调用终结器),于是不禁会问:为什么还要主动释放资源呢?我们来看以下这个例子:

如果连续两次单击打开文件按钮,系统就会报错,如下所示:

IOException:文件"c:\test.txt" 正由另一进程使用,因此该进程无法访问此文件。

现在来分析:在打开文件的方法中,方法执行完毕后,由于局部变量fileStream在程序中已经没有任何地方引用了,所以它会在下一次垃圾回收时被运行时标记为垃圾。那么,什么时候会进行下一次垃圾回收呢,或者说垃圾回收器什么时候才开始真正进行回收工作呢?微软官方的解释是,当满足以下条件之一时将发生垃圾回收:

  • 系统具有低的物理内存。
  • 由托管堆上已分配的对象使用的内存超出了可接受的范围。
  • 调用GC.Collect方法。几乎在所有情况下,我们都不必调用此方法,因为垃圾回收器会负责调用它。

但在本实例中,为了体会一下不及时回收资源的危害,所以进行了一次GC.Collect方法的调用,大家可以仔细体会运行这个方法所带来的不同。

垃圾回收机制中还有一个“代”的概念。一共分为3代:0代、1代、2代。第0代包含一些短期生存的对象,如示例代码中的局部变量fileStream就是一个短期生存对象。当buttonOpen_Click退出时,fileStream就被丢到了第0代,但此刻并不进行垃圾回收,当第0代满了的时候,运行时会认为现在低内存的条件已满足,那时才会进行垃圾回收。所以,我们永远不知道fileStream这个对象(或者说资源)什么时候才会被回收。在回收之前,它实际已经没有用处,却始终占据着内存(或者说资源)不放,这对应用系统来说是一种极大的浪费,并且,这种浪费还会干扰程序的正常运行(如在本实例中,由于它始终占着文件资源,导致我们不能再次使用这个文件资源了)。

不及时释放资源还带来另外一个问题。在上面中我们已经了解到,如果类型本身继承了IDisposable接口,垃圾回收机制虽然会自动帮我们释放资源,但是这个过程却延长了,因为它不是在一次回收中完成所有的清理工作。本实例中的代码因为fileStream继承了IDisposable接口,故第一次进行垃圾回收的时候,垃圾回收器会调用fileStream的终结器,然后等待下一次的垃圾回收,这时fileStream对象才有可能被真正的回收掉。

了解了不及时释放资源的危害后,现在来改进这个程序,如下所示:

这确实是一种改进,但是我们没考虑到方法中的第一行代码可能会抛出异常。如果它抛出异常,那么fileStream.Dispose()将永远不会执行。于是,再一次改进,如下所示:

为了更进一步简化语句,还可以使用语法糖“using”关键字。

8.必要时应将不再使用的对象引用赋值为null

在CLR托管的应用程序中,存在一个“根”的概念,类型的静态字段、方法参数,以及局部变量都可以作为“根”存在(值类型不能作为“根”,只有引用类型的指针才能作为“根”)。 当检查到方法内的“根”时,如果发现没有任何一个地方引用了局部变量,则不管是否已经显式将其赋值为null,都意味着该“根”已经被停止。然后,垃圾回收器会发现该根的引用为空,同时标记该根可被释放。

需要注意一下几点

  • 局部变量赋值为null无意义,因为编译器在编译时就会过滤。
  • 类型的静态字段赋值为null是有意义的。是因为类型的静态字段一旦被创建,该“根”就一直存在。所以,垃圾回收器始终不会认为它是一个垃圾。非静态字段则不存在这个问题。

在实际工作中,一旦我们感觉到自己的静态引用类型参数占用的内存空间比较大,并且用完后不会再使用,便可以立刻将其赋值为null。这也许并不必要,但这绝对是一个好习惯。试想在一个系统中那些时不时在类型中出现的静态变量吧!它们就那样静静地待在内存里,一旦被创建,就永远不会离开。或许我们可以专门为此写一个小建议,那就是:尽量少用静态变量。

序列化

1.为无用字段标注不可序列化

序列化是指这样一种技术:把对象转变成流。相反的过程,我们称为反序列化。在很多的场合都需要用到这项技术,例如:

  • 把对象保存到本地,在下次运行程序的时候,恢复这个对象。
  • 把对象传到网络中的另外一台终端上,然后在此终端还原这个对象。
  • 其他的场合,如:把对象复制到系统的粘贴板中,然后用快捷键Ctrl+V恢复这个对象。

有以下几方面的原因,决定了要为无用字段标注不可序列化:

  • 节省空间。类型在序列化后往往会存储到某个地方,如数据库、硬盘或内存中,如果一个字段在反序列化后不需要保持状态,那它就不应该被序列化,这会占用宝贵的空间资源。
  • 反序列化后字段信息已经没有意义了。如Windows内核句柄,在反序列化后往往已经失去了意义,所以它就不应该被序列化。
  • 字段因为业务上的原因不允许被序列化。例如,明文密码不应该被序列化后一同保存在文件中。
  • 如果字段本身所对应的类型在代码中未被设定为可序列化,那它就该被标注不可序列化,否则运行时会抛出异常SerializationException。

注意 1.由于属性本质上是方法,所以不能将NonSerialized特性应用于属性上,在标识某个属性不能被序列化时,自动实现的属性显然已经不能使用。 2.要让事件不能被序列化,需使用改进的特性语法field:NonSerialized。

2.利用定制特性减少可序列化的字段

特性(attribute)可以声明式地为代码中的目标元素添加注解。运行时可以通过查询这些托管模块中的元数据信息,达到改变目标元素运行时行为的目的。在System.Runtime.Serialization命名空间下,有4个这样的特性,下面是MSDN上对它们的解释:

  • OnDeserializedAttribute,当它应用于某方法时,会指定在对象反序列化后立即调用此方法。
  • OnDeserializingAttribute,当它应用于某方法时,会指定在反序列化对象时调用此方法。
  • OnSerializedAttribute,如果将对象图应用于某方法,则应指定在序列化该对象图后是否调用该方法。
  • OnSerializingAttribute,当它应用于某个方法时,会指定在对象序列化前调用此方法。

示例:

3.使用继承ISerializable接口更灵活地控制序列化过程

除了利用特性Serializable之外,我们还可以注意到在序列化的应用中,常常会出现一个接口ISerializable。接口ISerializable的意义在于,如果特性Serializable,以及与其相配套的OnDeserializedAttribute、OnDeserializingAttribute、OnSerializedAttribute、OnSerializingAttribute、NonSerialized等特性不能完全满足自定义序列化的要求,那就需要继承ISerializable了。 例如我们要将一个对象反序列化成为另外一个对象,就要都实现ISerializable接口,原理其实很简单,那就是在一个对象的GetObjectData方法中处理序列化,在另一个对象的受保护构造方法中反序列化。

4.实现ISerializable的子类型应负责父类的序列化#

我们将要实现的继承自ISerializable的类型Employee有一个父类Person,假设Person没有实现序列化,而现在子类Employee却要求能够满足序列化的场景。不过很遗憾,序列化器没有默认去处理Person类型对象,需要我们在子类中受保护的构造方法和GetObjectData方法,为它们加入父类字段的处理

总结

如有需要, 上一篇的《C#规范整理·泛型委托事件》也可以看看!

原文地址:https://www.cnblogs.com/zhan520g/p/11061237.html


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