.NET的垃圾回收（GC）是CLR提供的自动内存管理机制，负责回收托管堆中不再被引用的对象所占用的内存，避免开发者手动管理内存带来的各种问题。它会自动判断哪些对象还在被使用，哪些已经可以被回收，整个过程对开发者基本透明。
托管堆的基本结构
.NET的托管堆是GC管理的内存区域，所有引用类型的对象都会在这里分配内存。托管堆分为多个段，其中最重要的是小对象堆和大对象堆：
- 小对象堆：存放大小小于85000字节的对象，会按照代龄划分成不同的区域
- 大对象堆：存放大小大于等于85000字节的对象，不会进行代龄提升，回收时直接标记清除
对象在托管堆上的分配是连续的，新对象会直接分配到托管堆的末尾，分配速度非常快，只有当托管堆空间不足时才会触发垃圾回收。
代龄的划分规则
GC采用分代回收的策略来提升回收效率，代龄越高说明对象存活时间越长，被回收的概率越低。托管堆的代龄分为三代：
| 代龄 | 说明 |
|---|---|
| 第0代 | 新创建的对象，还没有经历过垃圾回收，是最容易被回收的一代 |
| 第1代 | 经历过一次垃圾回收后仍然存活的对象，属于短中期存活的对象 |
| 第2代 | 经历过两次及以上垃圾回收后仍然存活的对象，包含大对象堆的所有对象 |
根引用的判定
GC判断对象是否存活的核心是根引用，根引用是指当前还在被程序使用的对象引用，主要包括以下几类：
- 局部变量和方法的参数引用
- 静态变量和静态字段的引用
- CPU寄存器中的引用
- 终结器队列中等待执行的对象引用
如果对象可以通过根引用直接或间接访问到，就说明该对象还在被使用，不会被回收。
垃圾回收的完整流程
一次完整的垃圾回收会经历以下几个步骤：
1. 标记阶段
GC会从所有根引用出发，遍历所有可以访问到的对象，给这些对象做存活标记。没有被标记的对象就是垃圾对象，所占用的内存可以被回收。
2. 清除阶段
GC会回收所有没有被标记的对象的内存空间，将这些空间标记为可用。对于小对象堆，清除后会产生内存碎片，后续会进行压缩。
3. 压缩阶段
GC会把存活的对象移动到托管堆的连续区域，消除内存碎片，同时更新所有指向这些对象的引用地址，保证引用指向正确的位置。
4. 代龄提升
存活下来的对象会提升代龄，第0代存活对象变成第1代，第1代存活对象变成第2代，第2代对象代龄不变。
垃圾回收的触发条件
GC会在以下几种情况下被触发：
- 第0代对象占用的内存空间达到阈值
- 程序手动调用
GC.Collect()方法（不建议常规场景使用） - 系统内存不足时，CLR会触发GC回收内存
- 大对象堆分配新对象时空间不足
简单代码示例
下面的代码展示了对象创建和GC回收的基本过程：
using System;
class Program
{
static void Main()
{
// 创建新对象，分配在第0代
var obj = new TestClass();
Console.WriteLine("对象创建完成");
// 断开引用，obj不再指向TestClass实例
obj = null;
// 手动触发GC（仅演示用，实际开发不建议）
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
Console.WriteLine("GC执行完成");
}
}
class TestClass
{
// 析构函数，对象被回收时会执行
~TestClass()
{
Console.WriteLine("TestClass实例被回收");
}
}
GC优化建议
在实际开发中，可以通过以下方式减少GC的压力：
- 避免不必要的对象创建，尤其是大对象和频繁创建的小对象
- 及时断开不再使用的对象引用，让GC可以更快识别垃圾对象
- 谨慎使用静态变量，静态变量的引用会一直作为根存在，容易导致对象无法被回收
- 避免在析构函数中做耗时操作，会影响GC的执行效率