Linq 查詢的結(jié)果會開辟新的內(nèi)存嗎？
一：背景
1. 講故事
圖片
昨天群里有位朋友問：linq 查詢的結(jié)果會開辟新的內(nèi)存嗎？如果開了，那是對原序列集里面元素的深拷貝還是僅僅拷貝其引用？
其實(shí)這個(gè)問題我覺得問的挺好，很多初學(xué) C# 的朋友或多或少都有這樣的疑問，甚至有 3，4 年工作經(jīng)驗(yàn)的朋友可能都不是很清楚，這就導(dǎo)致在寫代碼的時(shí)候總是會畏手畏腳，還會莫名的揪心這樣玩的話內(nèi)存會不會暴漲暴跌，這一篇我就用 windbg 來幫助朋友徹底分析一下。
二：尋找答案
1. 一個(gè)小案例
這位老弟提到了是深拷貝還是淺拷貝，本意就是想問：linq 一個(gè)引用類型集合 到底會怎樣？ 這里我先模擬一個(gè)集合，代碼如下：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var personList = new List<Person>() {
new Person() { Name="jack", Age=20 },
new Person() { Name="elen",Age=25, },
new Person() { Name="john", Age=22 }
};
var query = personList.Where(m => m.Age > 20).ToList();
Console.WriteLine($"query.count={query.Count}");
Console.ReadLine();
}
}
class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
圖片
2. 真的是深copy嗎？
如果用 windbg 的話，就非常簡單了，假設(shè)是深copy 的話，那么 query 之后，托管堆上就會有 5個(gè) Person，那是不是這樣呢？用 !dumpheap -stat -type Person 到托管堆驗(yàn)證一下即可。
0:000> !dumpheap -stat -type Person
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ff7f27c3528 1 64 System.Func`2[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5],[System.Boolean, System.Private.CoreLib]]
00007ff7f27c2b60 2 64 System.Collections.Generic.List`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]]
00007ff7f27c9878 1 72 System.Linq.Enumerable+WhereListIterator`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]]
00007ff7f27c7a10 3 136 ConsoleApp5.Person[]
00007ff7f27c2ad0 3 96 ConsoleApp5.Person從最后一行輸出可以看到: ConsoleApp5.Person 的 Count=3，也就表明沒有所謂的深copy，如果你還不信的話，可以在 query 中修改某一個(gè)Person的Age，看看原始的 personList 集合是不是同步更新,修改代碼如下：
static void Main(string[] args)
{
var personList = new List<Person>() {
new Person() { Name="jack", Age=20 },
new Person() { Name="elen",Age=25, },
new Person() { Name="john", Age=22 }
};
var query = personList.Where(m => m.Age > 20).ToList();
//故意修改 Age=25 為 Age=100；
query[0].Age = 100;
Console.WriteLine($"query[0].Age={query[0].Age}, personList[2].Age={personList[1].Age}");
Console.ReadLine();
}
圖片
從截圖來看更加驗(yàn)證了 并沒有所謂的 深copy 一說。
3. 真的是 copy 引用嗎？
要驗(yàn)證是不是 copy 引用，最粗暴的方法就是看看 query 這個(gè)數(shù)組在 托管堆上的存儲行態(tài)就明白了，同樣你也可以借助 windbg 去驗(yàn)證一下，先到線程棧去找 query 變量，然后用 da 命令 對 query 進(jìn)行打印。
0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x809c (0)
Child SP IP Call Site
000000E143D7E9B0 00007ff7f26f18be ConsoleApp5.Program.Main(System.String[]) [E:\net5\ConsoleApp5\ConsoleApp5\Program.cs @ 20]
LOCALS:
0x000000E143D7EA38 = 0x00000218266aab70
0x000000E143D7EA30 = 0x00000218266aad98
0:000> !do 0x00000218266aad98
Name: System.Collections.Generic.List`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]]
MethodTable: 00007ff7f27b2b60
EEClass: 00007ff7f27abad0
Size: 32(0x20) bytes
File: C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\3.1.9\System.Private.CoreLib.dll
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
0000000000000000 4001c35 8 SZARRAY 0 instance 00000218266aadb8 _items
00007ff7f26bb1f0 4001c36 10 System.Int32 1 instance 2 _size
00007ff7f26bb1f0 4001c37 14 System.Int32 1 instance 2 _version
0000000000000000 4001c38 8 SZARRAY 0 static dynamic statics NYI s_emptyArray
0:000> !da 00000218266aadb8
Name: ConsoleApp5.Person[]
MethodTable: 00007ff7f27b7a10
EEClass: 00007ff7f26b6580
Size: 56(0x38) bytes
Array: Rank 1, Number of elements 4, Type CLASS
Element Methodtable: 00007ff7f27b2ad0
[0] 00000218266aac00
[1] 00000218266aac20
[2] null
[3] null從最后四行代碼可以看出數(shù)組有 4 個(gè)格子，前2個(gè)格子放的是內(nèi)存地址，后兩個(gè)都是 null，可能有些朋友會問，query 不是 2 條記錄嗎？怎么會有 4 個(gè)格子呢？這是因?yàn)?query 是 List 結(jié)構(gòu)，而 List 底層用的是數(shù)組，默認(rèn)以 4 個(gè)格子起步，不信的話翻一下 List 原代碼即可。
public class List<T>
{
private void EnsureCapacity(int min)
{
if (_items.Length < min)
{
int num = (_items.Length == 0) ? 4 : (_items.Length * 2); //默認(rèn) 4 個(gè)大小
if ((uint)num > 2146435071u)
{
num = 2146435071;
}
if (num < min)
{
num = min;
}
Capacity = num;
}
}
}如果你想進(jìn)一步查看數(shù)組中前兩個(gè)元素 00000218266aac00, 00000218266aac20 指向的是什么，可以用 !do 打印一下即可。
0:000> !do 00000218266aac00
Name: ConsoleApp5.Person
MethodTable: 00007ff7f27b2ad0
EEClass: 00007ff7f27c2a00
Size: 32(0x20) bytes
File: E:\net5\ConsoleApp5\ConsoleApp5\bin\Debug\netcoreapp3.1\ConsoleApp5.dll
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff7f2771e18 4000001 8 System.String 0 instance 00000218266aab30 <Name>k__BackingField
00007ff7f26bb1f0 4000002 10 System.Int32 1 instance 25 <Age>k__BackingField
0:000> !do 00000218266aac20
Name: ConsoleApp5.Person
MethodTable: 00007ff7f27b2ad0
EEClass: 00007ff7f27c2a00
Size: 32(0x20) bytes
File: E:\net5\ConsoleApp5\ConsoleApp5\bin\Debug\netcoreapp3.1\ConsoleApp5.dll
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff7f2771e18 4000001 8 System.String 0 instance 00000218266aab50 <Name>k__BackingField
00007ff7f26bb1f0 4000002 10 System.Int32 1 instance 22 <Age>k__BackingField到這里為止，我覺得回答這位朋友的疑問應(yīng)該是沒有問題了，不過這里既然說到了集合中的引用類型，不得不說一下集合中的值類型又會是怎么樣的？
三：集合中的值類型是什么樣的copy方式
1. 使用 windbg 驗(yàn)證
有了上面的基礎(chǔ)，驗(yàn)證這個(gè)問題的答案就簡單了，先上測試代碼
static void Main(string[] args)
{
var list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8,9,10 };
var query = list.Where(m => m > 5).ToList();
Console.ReadLine();
}然后直接把整個(gè)數(shù)組內(nèi)容打印出來
// list
0:000> !DumpArray /d 0000019687c8aba8
Name: System.Int32[]
MethodTable: 00007ff7f279f090
EEClass: 00007ff7f279f010
Size: 88(0x58) bytes
Array: Rank 1, Number of elements 16, Type Int32
Element Methodtable: 00007ff7f26cb1f0
[0] 0000019687c8abb8
[1] 0000019687c8abbc
[2] 0000019687c8abc0
[3] 0000019687c8abc4
[4] 0000019687c8abc8
[5] 0000019687c8abcc
[6] 0000019687c8abd0
[7] 0000019687c8abd4
[8] 0000019687c8abd8
[9] 0000019687c8abdc
[10] 0000019687c8abe0
[11] 0000019687c8abe4
[12] 0000019687c8abe8
[13] 0000019687c8abec
[14] 0000019687c8abf0
[15] 0000019687c8abf4
// query
0:000> !DumpArray /d 0000019687c8ae68
Name: System.Int32[]
MethodTable: 00007ff7f279f090
EEClass: 00007ff7f279f010
Size: 56(0x38) bytes
Array: Rank 1, Number of elements 8, Type Int32
Element Methodtable: 00007ff7f26cb1f0
[0] 0000019687c8ae78
[1] 0000019687c8ae7c
[2] 0000019687c8ae80
[3] 0000019687c8ae84
[4] 0000019687c8ae88
[5] 0000019687c8ae8c
[6] 0000019687c8ae90
[7] 0000019687c8ae94仔細(xì)對比 list 和 query 的數(shù)組呈現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)好玩的信息：
- 值類型和引用類型一樣，數(shù)組中都是存放地址的。
- 值類型數(shù)組中的所有格子都被填滿，不像引用類型數(shù)組中還有 null 的情況。
接下來的問題是，數(shù)組中每個(gè)元素的地址到底指向了誰，可以挑出每個(gè)數(shù)組的 0 號元素地址，用 dp 命令看一看：
//list
0:000> dp 0000019687c8abb8
00000196`87c8abb8 00000002`00000001 00000004`00000003
00000196`87c8abc8 00000006`00000005 00000008`00000007
00000196`87c8abd8 0000000a`00000009 00000000`00000000
//query
0:000> dp 0000019687c8ae78
00000196`87c8ae78 00000007`00000006 00000009`00000008
00000196`87c8ae88 00000000`0000000a 00000000`00000000看到?jīng)]有，原來地址上面存放的都是數(shù)字值，深copy無疑哈。
四：總結(jié)
以上所有的分析可以得出：引用類型數(shù)組是引用copy，值類型數(shù)組是深copy，有時(shí)候背誦得來的東西總是容易忘記，只有實(shí)操驗(yàn)證才能真正的刻骨銘心！
