Debug/Release版运行结果异同--GC的引子

  有时我们在运行程序时，会出现Debug版本和Release版本运行结果不一致的情况。现给出C#中的一个例子，这个例子是Jeffrey在他的《CLR via C#》中"垃圾回收"这一章给出的，很有意思。

  其实大家也会猜测，Debug版和Release版编译后的代码肯定会有不一样的地方，是的!是会这样的。要不然也不会出现运行结果不一致，呵呵!闲话不说我们来看看代码，代码很简单。(调试环境WinXP + VS2003 + C#)

 

    class Program
    {
        [STAThread]
        static void Main(string[] args)
        {
            TimerCallback tm = new TimerCallback(ShowTime);
            Timer t = new Timer(tm,null,0,2000);

            Console.ReadLine();
            //t.Dispose(); (1)
        }
        private static void ShowTime(Object o)
        {
            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString());
            GC.Collect();  //强制GC (2)
        }
    }

  

  你可以在Debug版本中运行一下，会发现该报时程序工作正常(一直会报时)。而在Release版本中时间报只显示一下。

  为什么呢？这是因为我们在(2)处强制了一次GC(Garbage Collect)即垃圾回收。在Release版中当我们程序运行到GC.Collect()时，Timer类型对象t是可以被GC的。但Debug版本中t是作为一个本地参数而不能被GC的。

  我们再分解一下整个过程(仅列出关键过程)：

1,创建Timer类型对象t;

2,t定时调用委托tm;

3,tm方法执行;

4,tm方法进行Garbage Collect;

5,待读取一行字符;(其间t定时器重复执行步骤2)

6,退出;

  可以看出第4,5步是个关键，如果我们一直等待输入就能不停打印。但问题是：

在Debug版中确实是这样的，在Release版中却只打印了一次....How mysterious!

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  TOM:    这时t是不是不工作了？

  JERRY:  对的，如果是Release版本中，至第5步时t确实不工作了，因为:它已经不存在了，被GC了.

  TOM:    不....不....不,你慢一点，别忽悠我^_^!!!，那Debug版为什么它就不被GC呢？

  JERRY:  这是因它，它在Debug版中不符合GC的条件.

  TOM:    你鼻子变长了....

  JERRY:  不信? 你看...这,这,这,诺..还有这.

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   为了让TOM相信这是真的，JERRY用ILDasm分别打开了Debug版本和Release版本的程序并双击打开Main方法.

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Debug版:

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  .........省略了一些行........
  // 代码大小       32 (0x20)
  .maxstack  5
  .locals ([0] class [mscorlib]System.Threading.Timer t)
  IL_0000:  ldnull
  IL_0001:  ldftn      void Class1.Program::ShowTime(object)
  IL_0007:  newobj     instance void [mscorlib]

                       System.Threading.TimerCallback::.ctor(object,native int)
  IL_000c:  ldnull
  IL_000d:  ldc.i4.0
  IL_000e:  ldc.i4     0x7d0
  IL_0013:  newobj     instance void [mscorlib]System.Threading.Timer::.ctor

                       (class[mscorlibSystem.Threading.TimerCallback,

                       object,int32,int32)
  IL_0018:  stloc.0
  IL_0019:  call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()  
  IL_001e:  pop  
  IL_001f:  ret   //仍可使用t对象
} // end of method Program::Main

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  在Debug版中我们定义的t是作为一个本地参数(locals[0])，在IL_0018位置,它参考到新new的Timer对象.这时需要注意一点是的，即使在IL_001f处，仍通过locals[0]引用到t对象.

  所以在托管堆(Managed Heap)中，该对象仍象是可达对象(Reachable object).也就不符合被回收的条件。所以只要Main函数不结束，t就不能被回收。

 

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Release版:

-------------------------------------------------
  .........省略了一些行........
  // 代码大小       32 (0x20)
  .maxstack  5
  IL_0000:  ldnull
  IL_0001:  ldftn      void Class1.Program::ShowTime(object)
  IL_0007:  newobj     instance void [mscorlib]

                       System.Threading.TimerCallback::.ctor(object,native int)
  IL_000c:  ldnull
  IL_000d:  ldc.i4.0
  IL_000e:  ldc.i4     0x7d0
  IL_0013:  newobj     instance void [mscorlib]System.Threading.Timer::.ctor

                       (class[mscorlibSystem.Threading.TimerCallback,

                       object,int32,int32)
  IL_0018:  pop
  IL_0019:  call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
  IL_001e:  pop
  IL_001f:  ret    //至此，也没有办法可以refer to至t对象,t可以被Garbage Collect
} // end of method Program::Main

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  而在Rlease版中位置:IL_0018只用了pop方法弹出该对象(也就是t对象).这相当于丢弃了t对象，这时t被标记为可回收。

  但有一点需要了解的是：t虽被丢弃，还仍存活在托管堆(Managed Heap)中，直到t调用ShowTime，而在ShowTime函数中调用GC为止。当ShowTime中调用GC时，由于t被标记为可回收，所以t对象被回收。整个过程看起来是这个样子的：

 

 

  正是由于在Release版本中t是作为临时变量，用完后被GC强制回收，所以t只能工作一次，便通过调用GC结束了自己的生命，可怜的娃!

  为了使Debug版和Release运行结果保持一致，你可以有两个选择：

 

  1，在Console.ReadLine只后调用t.Dispose(),即取消我最先给出的代码的(1)处的注释。因为t对象在创建之后还要被引用，所以创建的t对象也被作为一个本地参数来保存，生成的IL如下：

   .locals init (class [mscorlib]System.Threading.Timer V_0)

 

  2，注释掉我最先给出的代码的(2)处的GC.Collect函数的调用.这样虽然在Release版中t对象已被标识为可回收，但些时没有内存需求(这只是一个假设)，CLR并不会回收t对象.

     显然方法2是不可取的，我们只把希望寄托在CLR不进行Garbage Collect，但在现实编程中这是不现实的。在t被触发的间隔间谁也不能保证CLR不进行Garbage Collect.若使用方法2我稍改了一下代码，Release版本的程序又不能工作了。

 

    class Program
    {
        [STAThread]
        static void Main(string[] args)
        {
           Timer t = new Timer(new TimerCallback(ShowTime),null,0,500);
           System.Threading.Thread.Sleep(1000);  //新增
           Thread gc = new Thread(new ThreadStart(GcCollect));//新增
           gc.Start();  //新增
           Console.ReadLine();
        }
        private static void ShowTime(Object o)
        {
            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString());
        }
        private static void GcCollect()  //新增
        {
            GC.Collect();
        }
    }

  

   这段代码中，我虽没有在ShowTime中进行GC，但另一个线程的CoCollect函数却调用了GC.Collect，这会迫使CLR进行Garbage Collect。t只是存活了一小会儿，仍旧被回收了。

   但若使用方法1，上面这段代码在Release版本中仍能正常工作。

 

   后记，Garbage Colletion是一个似乎很神秘的东西。因为时常我们并不知道什么时候CLR进行Carbage Collect.以前常常将.net程序性能不好的原因都"嫁祸"在GC的头上，其实这是片面的。真正的原因是我们不了解GC，不了解GC的工作原理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jerry.Chow

     12/7'07