託管堆：
在每個程式中都要使用資源，包括檔案、記憶體緩衝區、網路連線、資料庫資源等等。在面向物件中，每個型別都代表可供程式使用的一種資源。要使用資源，必須為代表資源的型別分配記憶體。那訪問一個資源需要哪些步驟呢？
1.呼叫IL指令newobj，為代表資源分配記憶體
2.初始化內容，設定資源的初始狀態並使資源可用。
3.訪問型別的成員來使用資源
4.摧毀資源的狀態以進行清理。
5.釋放記憶體。

原生的C++開發人員就需要手動管理記憶體，如果開發者忘記釋放不在需要的記憶體而造成記憶體洩漏，或者在試圖使用已經釋放的記憶體，然後由於記憶體被破壞而造成程式錯誤和安全漏洞。

C# 只需要寫的是可驗證的、型別安全的程式碼，應用程式就不可能會出現記憶體被破壞的情況。
託管堆的作用就是為開發人員提供一個簡化的程式設計模型：分配並初始化資源並直接使用。大多數型別都無需資源清理，垃圾回收器會自動釋放記憶體。

從託管堆分配資源：
在程序初始化時，CLR劃出一個地址空間區域作為託管堆。另外CLR還需要維護一個指標，該指標指向下一個物件在堆中的分配位置，預設為地址空間區域的基地址。
應用程式的內容受程序的虛擬地址空間限制，32位程序最多能分配1.5GB，64位程序最多能分配8TB。

分配流程：
1.C#使用new欄位，計算型別的欄位（包含從基類型別繼承的欄位）所需的位元組數。
2.加上物件的型別物件指標和同步塊索引。對32位應用程式，這個兩個欄位各自需要32位。對於64位應用程式，這個兩個欄位需要64位。
3.CLR檢查區域中是否有分配物件所需的位元組數。有足夠的可以用空間，就在維護的指標指向的地址放入物件。為物件分配的位元組會被清零。並呼叫型別的構造器，new操作符返回物件引用。在返回引用之前，會指標會加上物件佔用的位元組數來得到一個新值。即下個物件放入托管堆時的地址。

垃圾回收（GC）演算法：
CLR使用一種引用跟蹤演算法。該演算法只關心引用型別的變數，因為只有這種變數才能應用堆上的物件。值型別變數直接包含值型別例項。
引用型別的變數可在許多場合使用，包括類的靜態和例項欄位，或者方法的引數和區域性變數，我們將所有引用型別的變數都稱為根。

CLR執行GC流程：
1.暫停程序中所有執行緒，防止執行緒在CLR檢查期間訪問物件並更改狀態。
2.CLR進入GC標記階段：

1.遍歷堆中所有物件，將同步塊索引欄位中的一位設為0，表示所有物件都應刪除
2.CLR檢查所有活動根，檢視它們引用了哪些物件，如果一個根包含null，CLR忽略這個根並繼續檢查下個根。任何根引用了堆上的物件，CLR
 
都會標記那個物件，也就是將同步塊索引中的一位設為1.已標記物件是可達的，所以不能被垃圾回收，未標記物件是不可達的，因為應用程式中不存在使物件能被再次訪問的根。

3.標記完成後，進入GC壓縮階段：

1.CLR對堆中已標記的物件進行壓縮，他們佔用連續的記憶體空間。優點：搜點恢復了引用的“區域性化”，減少應用程式的工作集，提升了將來訪問這些物件時的效能，解決本機堆的空間碎片化問題。
2.CLR從每個根減去所引用的物件在記憶體中偏移的位元組數，重新制定根所引用的物件在堆中的位置。

4.設定指標指向最後一個物件之後的位置，然後恢復應用程式的所有執行緒，這些執行緒繼續訪問物件。

如果CLR在一次GC之後回收不了記憶體，而且程序中沒有空間來分配新的區域，說明該程序記憶體已耗盡。會丟擲OutOfMemoryException異常。

注意：
一但根離開作用域，它引用的物件就會變得“不可達”，GC會回收其記憶體

代：提升效能
CLR的GC是基於代的垃圾回收器，它對程式碼做出了幾點假設：
1.物件越新，生存期越短。
2.物件越老，生存期越長。
3.回收堆的一部分，速度快於回收整個堆。

代的工作原理：
第0代物件：託管堆的初始化時是不包含物件的。那些新構造的物件，垃圾回收器從未檢查過的物件，稱為第0代物件。

CLR初始化時為第0代物件選擇一個預算容量（kb為單位），如果分配一個新物件造成第0代物件超過預算，就必須啟動一次垃圾回收。

第一代物件：在第0代空間滿員後，再次新增的分配的物件，會啟動一次垃圾回收，未被銷燬物件在GC壓縮後成為第一代物件。

在經歷過垃圾回收後，第0代就不包含任何物件。和前面一樣，新物件會分配到第0代物件中。再次進行垃圾回收時，會檢查第1代佔用了多少記憶體，如果第一代佔用記憶體少於預算容量，所以垃圾回收只檢查第0代物件。

第二代物件：在第0代空間滿員後，會判斷第一代是否超出預算，如果超出 ，會檢查第1代和第0代物件，未被小隊的第1代物件提升至第2代物件，第0代物件提升至第1代物件。

託管堆只支援3代：第0代、第1代、第2代。
CLR初始化時，會為每一代選擇預算空間。CLR的垃圾回收器是自調節的。
如果GC，沒有回收到足夠記憶體，會執行一次完整回收，如果還是不夠，便會丟擲OutOfMemoryException異常。

垃圾回收的觸發條件：
CLR在檢測第0代超過預算時觸發一次GC，這是最常見的GC觸發條件。
其他條件：
1.顯示呼叫System.GC的靜態Collect方法
2.Windows報告低記憶體情況
3.CLR正在解除安裝AppDomain
4.CLR正在關閉

大小物件：
CLR將物件分為大物件和小物件，目前認為85000位元組以上的物件是大物件。CLR以不同的方式對待大小物件：
1.大物件不是在小物件的地址空間分配，而是在程序地址空間的其他地方分配。
2.目前版本GC不壓縮大物件。在程序中的大物件之間造成地址空間的碎片化，以至於丟擲OutOfMemoryException。
3.大物件總是第二代，絕不可能是第0代或是第二代。

垃圾回收模式：
CLR啟動時會選擇一個GC模式，程序終止前該模式不會改變。
1.工作站

該模式針對客戶端應用程式優化GC。GC造成的延時低，應用程式執行緒掛起時間短。該模式中，GC假定機器上執行的其他應用程式都不會消耗太多的CPU資源

2.伺服器

該模式針對伺服器端應用程式優化GC。被優化的主要是吞吐量和資源利用。GC假定機器上沒有執行其他應用程式，假定機器的所有CPU都可用來輔助完成GC。該模式造成託管堆被拆分成幾個區域，每個CPU一個。開始垃圾回收時，來及回收器在每個CPU上都執行一個特殊執行緒；每個執行緒都和其他執行緒併發回收它自己的區域。對於工作者執行緒行為一致的伺服器應用程式，併發能很好的進行

兩種子模式：
1.併發
2.非併發

強制垃圾回收：
System.GC型別允許應用程式對垃圾回收器進行一些直接控制。
抵用GC類的Collect 方法可以強制垃圾回收。

需要特殊清理的型別
包含本機資源的型別被GC時，GC會回收物件在託管堆中使用的記憶體，但會造成本機資源的洩漏，所以CLR提供了終結的機制，在物件被判定為垃圾後，在物件回收之前執行一些程式碼。任何包裝了本機資源的型別都支援終結。
System.Object 定義了受保護的虛方法Finalize。垃圾回收器判定物件是垃圾後，會呼叫物件的Finalize方法。