.NET C#基础（9）：资源释放 – 需要介入的资源管理

  IDisposable接口是一个用于约定可进行释放资源操作的接口，一个类实现该接口则意味着可以使用接口约定的方法Dispose来释放资源。其定义如下：

public interface IDisposable {     void Dispose(); }

  上述描述中可能存在两个问题：

  1. 什么是“资源”？

  2. C#是一个运行在含有垃圾回收（GC）平台上的语言，为什么还需要手动释放资源？

  资源包括托管资源和非托管资源，具体来说，它可以是一个普通的类实例，是一个数据库连接，是一个文件指针，或者是一个窗口的句柄等等。不太准确地说，你可以理解为就是程序运行时用到的各种东西。

  对于托管资源，通常来说由于有GC的帮助，可以自动释放回收而无需程序员手动管理。然而，由于C#允许使用非托管资源，这些非托管资源不受GC的控制，无法自动释放回收，因此对于这类资源，就要程序员进行手动管理。

  如果你写过C++，这就相当于应该在实例销毁时释放掉成“new”出来的分配到堆上的资源，否则资源将一直保留在内存中无法释放，导致内存泄漏等一系列问题。

  在C++中，通常将资源释放的操作放置在类的析构函数中，但C#并没有析构函数这一概念，因此，C#使用IDisposable接口来对资源释放做出约定——当程序员看到一个类实现IDisposable接口时，就应该想到在使用完该类的实例后就应该调用其Dispose方法来及时释放资源。

  对于实现了IDispose接口的类，在C#中你通常可以采用如下方式来释放资源：

UnmanagedResource resource = /* ... */;  try {     // 各种操作 } finally {     resource.Dispose(); }

using (UnmanagedResource resource = /* ... */) {     // 离开using的作用域后会自动调用resource的Dispose方法 }  // 或者如果不需要额外控制作用域的简写 using UnmanagedResource resource = /* ... */;

  你可能还会认为IDisposable很容易实现，毕竟它只有一个方法需要实现，并且看上去只要在方法里释放掉需要释放的资源即可：

class UnmanagedResource : IDisposable {     public void Dispose()     {         // 释放需要释放的资源     }     }

  通常来说这样做也不会有什么大问题，然而，有几个问题需要考虑。接下来将逐步阐述问题并给出解决方案。

  尽管程序员都应该足够细心来保证他们对那些实现了Disposable接口的类的实例调用Dispose方法，但是，出于各种原因，或许是他是一名新手，或许他受到老板的催促，或许他昨天没睡好等等，这些都可能导致他没有仔细检查自己的代码。

  对于这样的问题，最自然的想法自然是交给GC来完成——如果程序员忘记了调用Dispose方法释放资源，就留着让GC来调用释放。还好，C#允许你让GC来帮助你调用一些方法——通过终结器。

  关于终结器的主题会是一个比较复杂的主题，因此在这里不展开讨论，将更多的细节留给其他主题。就本文而言，暂时只需要知道终结器的声明方法以及GC会在“某一时刻”自动调用终结器即可。（你或许想问这个“某一时刻”是什么时候，这实际上是需要交给复杂主题来讨论的话题）

  声明一个终结器类似于声明一个构造方法，但是需要在方法的类名前添加一个~。如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     // UnmanagedResource的终结器     ~UnmanagedResource()     {         // 一些操作     } }

  由于GC会在某一个时刻自动调用终结器，因此如果在终结器中调用Dispose方法，即使有粗心的程序员忘记了手动释放资源，GC也会在某一时刻来帮他们兜底。如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     public void Dispose()     {         // 释放需要释放的资源     }        ~UnmanagedResource()     {         // 终结器调用Dispose释放资源         Dispose();     } }

  当你手动调用了Dispose方法后，并不表示你就告诉了GC不要再调用它的终结器，实际上，在你调用Dispose方法后，GC还是会在某一时刻调用终结器，而由于我们在终结器里调用了Dispose方法，这会导致Dispose方法再次被调用——Double Free！

  当然，要解决这一问题非常简单，只需要用一个字段来表明资源是否被释放，并在Dispose方法里检查这个字段的值，一旦发现已经释放则过就立刻返回。如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     public void Dispose()     {         // 如果已经释放过就立刻返回         if (_disposed)         {             return;         }             // 释放需要释放的资源                  // 标记已释放         _disposed = true;     }        ~UnmanagedResource()     {         Dispose();     }      // 用于标记是否已经释放的字段     private bool _disposed; }

  这样可以解决资源被重复释放的问题，但是这还是无法阻止GC调用终结器。当然你或许会认为让GC调用终结器没什么问题，毕竟我们保证了Dispose重复调用是安全的。不过，要知道终结器是会影响性能的，因此为了性能考虑，我们还是希望在Dispose方法调用后阻止终结器的执行（毕竟这时候已经不需要GC兜底了）。而要实现这一目标十分简单，只需要在Dipose方法中使用GC.SuppressFinalize(this)告诉GC不要调用终结器即可。如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     public void Dispose()     {         if (_disposed)         {             return;         }             // 释放需要释放的资源          _disposed = true;                 // 告诉GC不要调用当前实例（this）的终结器         GC.SuppressFinalize(this);     }        ~UnmanagedResource()     {         Dispose();     }      private bool _disposed; }

  这样，如果调用了Dispose方法，就会“抑制”GC对终结器的调用；而让终结器调用Dispose也不会产生什么问题。

  考虑一个比较复杂的类：

class UnmanagedResource : IDisposable {    // 其他代码         private FileStream _fileStream; }

  上述例子中，FileStream是一个实现了IDisposable的类，也就是说，FileStream也需要进行释放。UnmanagedResource不仅要释放自己的非托管资源，还要释放FileStream。你或许认为只需要在UnmanagedResource的Dispose方法中调用一下FileStream的Dispose方法就行。如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     // 其它代码              public void Dispose()     {         // 其他代码          _fileStream.Dispose();          // 其它代码     }      private FileStream _fileStream; }

  咋一看没什么问题，但是考虑一下，如果UnmanagedResource的Dispose方法是由终结器调用的会发生什么？

  提示：终结器的调用是无序的。

  是的，很可能FileStream的终结器先被调用了，执行过了其Dispose方法释放资源，随后UnmanagedResource的终结器调用Dispose方法时会再次调用FileStream的Dispose方法——Double Free, Again。

  因此，如果Dispose方法是由终结器调用的，就不应该手动释放那些本身就实现了终结器的托管资源——这些资源的终结器很可能先被执行。仅当手动调用Dispose方法时才手动释放那些实现了终结器的托管资源。

  我们可以使用一个带参数的Dispose方法，用一个参数来指示Dispose是否释放托管资源。稍作调整，实现如下：

class UnmanagedResource : IDisposable {     // 其它代码     private void Dispose(bool disposing)     {         // 其他代码                 if (disposing)         {             // 释放托管资源             _fileStream.Dispose();         }                 // 释放非托管资源          // 其它代码     } }

  上述代码声明了一个接受disposing参数的Dispose(bool disposing)方法，当disposing为true时，同时释放托管资源和非托管资源；当disposing为false时，仅释放托管资源。另外，为了不公开不必要的接口，将其声明为private。

  接下来，只需要在Dispose方法和终结器中按需调用Dispose(bool disposing)方法即可。

class UnmanagedResource : IDisposable {     // 其它代码      public void Dispose()     {         // disposing=true，手动释放托管资源         Dispose(true);         GC.SuppressFinalize(this);     }              ~UnmanagedResource()     {         // disposing=false，不释放托管资源，交给终结器释放         Dispose(false);     }          private void Dispose(bool disposing)     {         if (_disposed)         {             return;         }             if (disposing)         {             // 释放托管资源         }          // 释放非托管资源          _disposed = true;     } }

  考虑一下如果有UnmanagedResource的子类：

class HandleResource : UnmanagedResource {     private HandlePtr _handlePtr; }

  HandleResource有自己的资源HandlePtr，显然如果只是简单继承UnmanagedResource的话，UnmanagedResource的Dispose方法并不能释放HandleResource的HandlePtr。

  那么怎么办呢？使用多态，将UnmanagedResource的Dispose方法声明为virtual并在HandleResource里覆写；或者在HandleResource里使用new重新实现Dispose似乎都可以：

// 使用多态 class UnmanagedResource : IDisposable {     public virtual void Dispose() { /* ... */} } class HandleResource : UnmanagedResource {     public override void Dispose() { /* ... */} }   // 重新实现 class UnmanagedResource : IDisposable {     public void Dispose() { /* ... */} } class HandleResource : UnmanagedResource {     public new void Dispose() { /* ... */} }

  这两种方法似乎都可行，但是一个很大的问题是，你还得对HandleResource重复做那些在它的父类UnmanagedResource做过的事——解决重复释放、定义终结器以及区分对待托管和非托管资源。

  答案是：将UnmanagedResource的的Dispose(bool disposing)方法访问权限更改为protected，并修饰为virtual，以让子类访问/覆盖：

class UnmanagedResource : IDisposable {     protected virtual void Dispose(bool disposing) { /* ... */ } }

  这样，子类可以通过覆写Dispose(bool disposing)来实现自己想要的释放功能：

class UnmanagedResource : IDisposable {     protected override void Dispose(bool disposing)     {         // 其他代码                  base.Dispose(disposing);     } }

  由于Dispose(bool disposing)是虚方法，因此父类UnmanagedResource的终结器和Dispose方法中对Dispose(bool disposing)的调用会受多态的影响，调用到正确的释放方法，故子类可以不必再做那些重复工作。

class UnmanagedResource : IDisposable {     // 对IDisposable接口的实现     public void Dispose()     {         // 调用Dispose(true)，同时释放托管资源与非托管资源         Dispose(true);         // 让GC不要调用终结器         GC.SuppressFinalize(this);     }              // UnmanagedResource的终结器     ~UnmanagedResource()     {         // 调用Dispose(false)，仅释放非托管资源，托管资源交给GC处理         Dispose(false);     }          // 释放非托管资源，并可以选择性释放托管资源，且可以让子类覆写的Dispose(bool disposing)方法     protected virtual void Dispose(bool disposing)     {         // 防止重复释放         if (_disposed)         {             return;         }                 // disposing指示是否是否托管资源         if (disposing)         {             // 释放托管资源         }          // 释放非托管资源                  // 标记已释放         _disposed = true;     } }

 

参考资料/更多资料：

【1】：IDisposable 接口

【2】：实现 Dispose 方法