堆与堆栈分配的含义（.NET）

Question

来自SO answer¹关于堆和堆栈的问题，它向我提出了一个问题：为什么知道变量的分配位置很重要？

another answer 有人指出堆栈更快。这是唯一的暗示吗？有人可以给出一个简单的分配位置更改可以解决问题（例如性能）的代码示例吗？

请注意，这个问题是特定于 .NET 的

^{1 问题已从 SO 中删除。}

Answer 1

只要您知道语义是什么，堆栈与堆的唯一后果就是确保您不会溢出堆栈，并意识到垃圾收集堆会产生相关成本。

例如，JIT 可以注意到新创建的对象从未在当前方法之外使用（引用永远不会在其他地方转义）并将其分配到堆栈上。目前还没有这样做，但这样做是合法的。

同样，C# 编译器可以决定在堆上分配所有局部变量 - 堆栈将只包含对 MyMethodLocalVariables 实例的引用，所有变量访问都将通过它实现。 （事实上​​，委托或迭代器块捕获的变量已经具有这种行为。）

Answer 2

(edit: 我的原始答案包含过于简单化的“结构是在堆栈上分配的”，并且有点混淆了堆栈与堆和值与引用的关系，因为它们是在 C# 中耦合。)

对象是否在堆栈上是一个实现细节，并不是很重要。乔恩已经很好地解释了这一点。在使用类和结构之间进行选择时，更重要的是要意识到引用类型与值类型的工作方式不同。以如下简单类为例：

public class Foo
{
   public int X = 0;
}

现在考虑以下代码：

Foo foo = new Foo();
Foo foo2 = foo;
foo2.X = 1;

在这个例子中， foo 和 foo2 是对同一个对象的引用。在 foo2 上设置 X 也会影响 foo1。 如果我们将 Foo 类更改为结构，则不再是这种情况。这是因为结构不是通过引用访问的。分配 foo2 实际上会创建一个副本。

将东西放入堆栈的原因之一是垃圾收集器不必清理它。您通常不应该担心这些事情；只需使用课程！现代垃圾收集器做得很好。一些现代虚拟机（如 java 1.6）甚至可以determine whether it is safe to allocate objects on the stack，即使它们不是值类型。

Answer 3

在 .NET 中几乎没有什么可讨论的，因为决定在哪里分配实例的不是类型的用户。

引用类型总是在堆上分配。值类型默认分配在堆栈上。例外情况是，如果值类型是引用类型的一部分，在这种情况下，它会与引用类型一起在堆上分配。 IE。类型的设计者代表用户做出此决定。

在 C 或 C++ 等语言中，用户可以决定数据的分配位置，在某些特殊情况下，与从堆中分配相比，从堆栈分配可能要快得多。

这与 C / C++ 如何处理堆分配有关。事实上，.NET 中的堆分配非常快（除非它触发垃圾收集），所以即使您可以决定在哪里分配，我的猜测是差异不会很大。

但是，由于堆是垃圾收集而堆栈不是，显然在某些情况下您会看到一些差异，但考虑到您在 .NET 中实际上没有选择的事实，这几乎不相关。

Answer 4

我认为最简单的原因是，如果它在堆中，那么一旦不再需要该变量，垃圾收集就需要处理它。在堆栈上时，该变量会被任何正在使用它的东西解除，例如实例化它的方法。

Answer 5

在我看来，当您真正开始考虑应用程序的性能时，了解堆栈和堆之间的差异以及如何在其上分配事物会非常有帮助。 以下问题使理解这些差异变得至关重要： 您认为 .NET 访问什么速度更快、效率更高？ - 堆栈或堆。 在什么情况下.NET 可以放置堆的值类型？

Answer 6

与流行的看法相反，.NET 进程中的堆栈和堆之间没有太大区别。堆栈和堆只不过是虚拟内存中的地址范围，与为托管堆保留的地址范围相比，为特定线程的堆栈保留的地址范围没有固有的优势。 访问堆上的内存位置既不比访问堆栈上的内存位置快也不慢。在某些情况下，有几个考虑因素可能支持对堆栈位置的内存访问速度更快的说法，总体而言，比对堆位置的内存访问。其中：

1. 在堆栈上，时间分配局部性（在时间上紧密地进行分配）意味着空间局部性（在空间上紧密地存储在一起）。反过来，当时间分配局部性意味着时间访问局部性（一起分配的对象被一起访问）时，顺序堆栈存储在 CPU 缓存和操作系统分页系统方面往往表现更好。
2. 由于引用类型开销，堆栈上的内存密度往往高于堆上的内存密度。更高的内存密度通常会带来更好的性能，例如，因为更多的对象适合 CPU 缓存。
3. 线程堆栈往往相当小——Windows 上默认的最大堆栈大小为 1MB，大多数线程实际上往往只使用几个堆栈页。在现代系统上，所有应用程序线程的堆栈都可以放入 CPU 缓存中，这使得典型的堆栈对象访问速度非常快。 （另一方面，整个堆很少适合 CPU 缓存。）

话虽如此，您不应该将所有分配转移到 堆！ Windows上的线程栈有限，容易耗尽 通过应用不明智的递归和大堆栈来堆栈 分配。

Answer 7

我在堆栈和堆上使用不同的基准测试了很多，我总结如下：

的类似性能

• 小应用程序（堆上没有太多对象）
• 对象大小

提高堆栈性能（快 1 倍 - 5 倍）

• 大小为 1Kb 到 100KB 的对象

性能更佳（速度提高 100 倍甚至更多）

• 大量对象
• 大内存压力 - 每秒分配大量内存和满内存
• 大型对象 10KB - 3MB（我想是 x64 系统）
• XBox（慢速垃圾收集器）

最好的方法是数组池。它和堆栈一样快，但你没有堆栈那样的限制。

使用堆栈的另一个含义是通过设计它是线程安全的。

x64 Windows 上堆栈的默认内存限制为 4MB。因此，分配不超过 3MB 的空间是安全的。