系列的第七篇博文了，在本篇文章中，我们将探讨IL2CPP运行时如何于垃圾收集器协同工作。特别地，我们将会看到在托管代码中起作用的GC是如何和原生代码的GC进行交流的。
整个系列都在强调，本篇也不例外：文中所描述的技术细节很有可能在未来会发生变化。在这篇文中中，我们还将会看到内部调用的API函数，它们被用来和垃圾收集器进行通讯。这些API没有被公开，因此你也不应该在正式的项目中使用这些函数。
垃圾收集
我在这里不会对垃圾回收的基本概念进行讨论，这是一个宽泛和多样化的主题，你可以在很多地方找到有关垃圾回收基本概念的文章。在这里，你可以把GC想象成一个描述程序对象之间互相引用的算法。如果在程序中一个子对象被其父对象引用（在原生代码中使用的是指针），那他们的关系图如下：
当GC对一个进程的内存进行扫描，它会尝试寻找没有父亲的对象。如果找到，就对他们进行回收以便释放内存给其他需求使用。
当然，其实大部分的对象都有父对象，因此GC需要确切的知道哪些对象是重要的父对象，这些对象是你的程序中真正正在使用的。用GC的术语来说，这些对象叫做“根”。下面的例子展示了两种不同的情况：
在上面的图片中，Parent2没有根对象，因此GC可以释放Parent2和其孩子Child2的内存以便重新使用。但是Parent1和Child1的情况不同，Parent1有根对象，因此GC不能回收他们，因为他们还在被程序使用。
对于.NET来说，有三类根对象：
在托管代码线程栈上的局部变量
静态变量
GCHandle 对象
我们就来谈谈IL2CPP如何就这三类根对象和垃圾收集器进行通讯。
项目设置
以下的例子我将会使用OSX上的的Unity 5.1.0p1版本，我将目标平台设置成iOS，这样可以让我们通过Xcode来观察IL2CPP和GC的交流的情况。
using System;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading;
using UnityEngine;
public class AnyClass {}
public class HelloWorld : MonoBehaviour {
private static AnyClass staticAnyClass = new AnyClass();
void Start () {
var thread = new Thread(AnotherThread);
thread.Start();
thread.Join();
var anyClassForGCHandle = new AnyClass();
var gcHandle = GCHandle.Alloc(anyClassForGCHandle);
}
private static void AnotherThread() {
var anyClassLocal = new AnyClass();
}
}
在构建设置中打开“Development Build”，并且在“Run in Xcode”中将值设置成“Debug”。在生成的Xcode项目中，首先搜索字符串“Start_m”。你应该能找到为HelloWorld类中Start函数生成的HelloWorld_Start_m3原生代码函数。
将线程中的局部变量添加成为“根”对象
在HelloWorld_Start_m3中的Thread_Start_m9处添加一个断点。这个函数会创建一个新的托管线程，因此这个线程会当成“根”对象被添加到GC中。我们能在随Unity一起发布的libil2cpp的头文件中一探究竟。在Unity的安装目录中，打开Contents/Frameworks/il2cpp/libil2cpp/gc/gc-internal.h文件。这个文件中有一些有着“il2cpp_gc_”前缀的函数。他们就是libil2cpp运行时和垃圾收集器之间的桥梁。请注意这些都不是公开的API，所以请不要在实际的项目中使用他们，Unity会在没有通知的情况下变化接口或者直接删除他们。
让我们使用Debug > Breakpoints > Create Symbolic Breakpoint菜单命令在il2cpp_gc_register_thread函数中设置一个断点：
如果你在Xcode中运行项目，你会注意到这个断点几乎是立刻被触发了。在这里我们不能看到源码，源码在libil2cpp的运行时的静态库中，但是我们在调用栈中可以看到这个线程是在程序一开始就执行的InitializeScriptingBackend函数中被创建的。
事实上我们会发现每当托管线程被创建的时候，这个断点都会被触发。就目前而言，你可以让这个断点暂时无效从而让代码能够继续运行。接下来我们会触发最一开始在HelloWorld_Start_m3函数中设置的断点。
现在到了我们的代码创建线程的地方了，所以再次让在il2cpp_gc_register_thread函数中的第二个断点有效。当断点被触发的时候，第一个线程正在等待加入我们创建的线程，而在新创建线程的栈中显示线程已经开始运行了：
当一个线程被注册到垃圾回收器中，GC会把这个线程栈中的所有对象当成“根”对象。让我们看下那个线程中生成出来的原生代码（在HelloWorld_AnotherThread_m4函数中）：
AnyClass_t1 * L_0 = (AnyClass_t1 *)il2cpp_codegen_object_new (AnyClass_t1_il2cpp_TypeInfo_var);
AnyClass__ctor_m0(L_0, /*hidden argument*/NULL);
V_0 = L_0;
我们能看到一个局部变量： L_0。GC必须将其视为“根”对象。在这个线程的短暂的执行过程中，这个“AnyClass”对象和其所引用的其他对象所占用的内存空间不能被GC回收另作他用。绝大部分在栈上的变量对于GC来说都是“根”对象，因为这些变量所在的函数都是在一个线程中被执行的。
当线程退出的时候，il2cpp_gc_unregister_thread函数被调用，用来告知GC这些对象已经不是“根”对象了。因此GC可以通过回收L_0来释放AnyClass所占用的内存空间。
静态变量
有些变量不在线程调用栈上。这些静态变量也需要被当成“根”对象处理。
当IL2CPP生成原生代码时，它会把所有静态成员集中到另外一个C++的结构中。在例子中的代码中，我们可以找到 HelloWorld_t2类的定义：
struct HelloWorld_t2 : public MonoBehaviour_t3
{
};
struct HelloWorld_t2_StaticFields{
// AnyClass HelloWorld::staticAnyClass
AnyClass_t1 * ___staticAnyClass_2;
};
请注意这里IL2CPP并没有使用C++中的static关键字，因为IL2CPP需要控制这些静态成员的创建以便能和GC进行通讯。当这些类型第一次被使用到的时候，libil2cpp中的代码会对其进行初始化。初始化中包括了对HelloWorld_t2_StaticFields结构的内存分配。这些内存分配是调用了特殊的GC内部函数il2cpp_gc_alloc_fixed（这个函数也位于gc-internal.h头文件中）实现的。
这个函数会通知GC对这些分配的内存全部当成“根”对象处理。因此GC会很负责的在整个进程中保持这些对象。在il2cpp_gc_alloc_fixed中设置断点也是可行的，不过因为这个函数很少被调用，因此这个断点不是太有用。
GCHandle对象
假设你不想使用静态变量，但是你又想当GC回收他们的时候对变量有更多一些的控制权。特别的，当你将托管代码中的一个对象传递给原生代码，而原生代码又要保持这个对象的时候，我们必须告诉GC这些对象是“根”对象，不能被回收。这个是通过一个特殊的GCHandle对象来实现的。
GCHandle的创建告诉运行时代码这些对象应当被当成“根”对象处理，此对象以及其引用到的对象都不能回收重用。在IL2CPP中，我们能在Contents/Frameworks/il2cpp/libil2cpp/gc/GCHandle.h文件中看到相关的API函数。
再次强调，这些不是公开的API函数，不过深入调查一下还是蛮有趣的。让我们放一个断点在GCHandle::New函数中。如果我们让项目继续运行，就能触发这个断点：
从栈上我们可以看出实际的调用函数是GCHandle_Alloc_m11，在这个函数里创建了GCHandle对象并且通知GC其是“根”对象。
总结
我们检视一些内部的API函数来搞清楚IL2CPP运行时是如何和GC交互的：通过“根”对象的概念让GC知道哪些对象可以被回收，而哪些不行。大家或许注意到了我们在这里并没有讨论IL2CPP用的是哪种垃圾收集器。目前正在使用的是Boehm-Demers-Weiser垃圾收集器，同时我们也有计划去研究另一个开源的CoreCLR垃圾收集器。对于新的垃圾收集器集成，我们并没有一个具体的时间表，大家可以关注我们roadmap的更新。
和往常一样，本文只是讲述了IL2CPP中有关GC的一些皮毛而已，我鼓励大家自己继续探索研究IL2CPP是如何和GC交互的。
下次，通过讲述我们如何对IL2CPP代码进行测试来对深入讲解系列做一个总结。
作者：IndieACE
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來源：简书
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