如何利用C#實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的Dispose模式

本文講解的是你在建立包含內(nèi)存以外資源的類型，特別是處置非內(nèi)存資源的時(shí)候，如何編寫自己的資源管理代碼。

　　 我們已經(jīng)知道了處置那些占用非受控（unmanaged）資源的對(duì)象的重要性，現(xiàn)在應(yīng)該編寫資源管理代碼來(lái)處置那些包含非內(nèi)存資源的類型了。整個(gè).NET框架組件都使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式來(lái)處理非內(nèi)存資源。使用你建立的類型的用戶也希望你遵循這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式。標(biāo)準(zhǔn)的處理模式的思想是這樣的：當(dāng)客戶端記得的時(shí)候使用IDisposable接口釋放你的非受控資源，當(dāng)客戶端忘記的時(shí)候防護(hù)性地使用終結(jié)器（finalizer）。它與垃圾收集器（Garbage Collector）一起工作，確保只在必要的時(shí)候該對(duì)象才受到與終結(jié)器相關(guān)的性能影響。這是處理非受控資源的一條很好的途徑，因此我們應(yīng)該徹底地認(rèn)識(shí)它。

　　 類層次體系中的根基類（root base class）必須實(shí)現(xiàn)IDisposable接口以釋放資源。這個(gè)類型還必須添加一個(gè)作為防御機(jī)制的終結(jié)器。所有這些程序都把釋放資源的工作委托給一個(gè)虛擬的方法，衍生的類可以根據(jù)自己的資源管理需求來(lái)重載該方法。只要衍生的類必須釋放自己的資源，并且它必須調(diào)用該函數(shù)的基類版本的時(shí)候，它才需要重載這個(gè)虛擬方法。

　　 開(kāi)始的時(shí)候，如果你的類使用了非內(nèi)存資源，它就必須含有一個(gè)終結(jié)器。你不能依賴客戶端總是調(diào)用Dispose()方法。因?yàn)楫?dāng)它們忘記這樣做的時(shí)候，你就面臨資源泄漏的問(wèn)題。沒(méi)有調(diào)用Dispose是它們的問(wèn)題，但是你卻有過(guò)失。用于保證非內(nèi)存資源被正確地釋放的唯一途徑是建立終結(jié)器。

　　 當(dāng)垃圾收集器運(yùn)行的時(shí)候，它立即從內(nèi)存中刪除所有不帶終結(jié)器的垃圾對(duì)象。所有帶有終結(jié)器的對(duì)象仍然存在于內(nèi)存中。這些對(duì)象都被添加到終結(jié)隊(duì)列，垃圾收集器引發(fā)一個(gè)新線程，周期性地在這些對(duì)象上運(yùn)行終結(jié)器。在這些終結(jié)程序線程完成自己的工作之后，就可以從內(nèi)存中刪除垃圾對(duì)象了。需要終結(jié)的對(duì)象在內(nèi)存中停留的時(shí)間比沒(méi)有終結(jié)器的對(duì)象停留的時(shí)間長(zhǎng)很多。但是你別無(wú)選擇。如果要使程序有防護(hù)性，在類型包含非受控資源的時(shí)候，你必須編寫一個(gè)終結(jié)器。但是也不用擔(dān)心性能問(wèn)題。下一步確保了客戶端避免與終結(jié)相關(guān)的性能開(kāi)銷。
實(shí)現(xiàn)IDisposable接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的途徑，它通知用戶和運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)持有資源的對(duì)象必須及時(shí)地釋放。IDisposable接口僅僅包含一個(gè)方法：

public interface IDisposable
{
　 void Dispose( );
}

　　 你對(duì)IDisposable.Dispose()方法的實(shí)現(xiàn)（implementation）負(fù)責(zé)下面四個(gè)事務(wù)：

　　 1、釋放所有的非受控資源。

　　 2、釋放所有的受控資源（包括未解開(kāi)事件）。

　　 3、設(shè)置標(biāo)志表明該對(duì)象已經(jīng)被處理過(guò)了。你必須在自己的公共方法中檢查這種狀態(tài)標(biāo)志并拋出ObjectDisposed異常（如果某個(gè)對(duì)象被處理過(guò)之后再次被調(diào)用的話）。

　　 4、禁止終結(jié)操作（finalization）。你調(diào)用GC.SuppressFinalize(this)來(lái)完成這種事務(wù)。

　　 通過(guò)實(shí)現(xiàn)IDisposable接口你完成了兩個(gè)事務(wù)：你為客戶端及時(shí)地釋放自己持有的所有受控資源提供了機(jī)制；你為客戶端提供了一種釋放非受控資源的標(biāo)準(zhǔn)途徑。這是一個(gè)很大的進(jìn)步。當(dāng)你在類型中實(shí)現(xiàn)了Idisposable接口的時(shí)候，客戶端可以避免終結(jié)操作的開(kāi)銷，你的類就成為.NET世界中的"良民"了。

　　 但是在你建立的這種機(jī)制中仍然存在一些問(wèn)題。怎樣在衍生類清理自己資源的時(shí)候同時(shí)也讓基類能夠清理資源？如果衍生類重載了終結(jié)操作，或者添加了自己的IDisposable實(shí)現(xiàn)，那么這些方法必須調(diào)用基類，否則，基類就不能正確地進(jìn)行清理操作。同樣，finalize（終結(jié)操作）和Dispose參與分擔(dān)了一些相同的職責(zé)。Finalize方法和Dispose方法的代碼幾乎相同。而且在重載接口函數(shù)后并不像你預(yù)料的那樣工作。標(biāo)準(zhǔn)的Dispose模式中的第三個(gè)方法是一個(gè)受保護(hù)的虛擬輔助函數(shù)，它分解出這些共同的事務(wù)，并給衍生類添加一個(gè)用于釋放資源的"鉤子（hook）"�；�類包含了核心接口的代碼。作為對(duì)Dispose()或終結(jié)操作的響應(yīng)，該虛擬函數(shù)為衍生類清除資源提供了"鉤子"：

protected virtual void Dispose( bool isDisposing );

　　 這個(gè)重載的方法實(shí)現(xiàn)支持finalize和Dispose的必要事務(wù)，由于它是虛擬的，它為所有的衍生類提供了一個(gè)入口點(diǎn)。衍生類可以重載這個(gè)方法，為清除自己的資源提供適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)，同時(shí)還可以調(diào)用基類版本。當(dāng)isDisposing為真（true）的時(shí)候，你可以清除受控和非受控資源，當(dāng)isDisposing為假（false）的時(shí)候，你只能清除非受控資源。在這兩種情況下，你都可以調(diào)用基類的Dispose(bool)方法，讓它清除自己的資源。
　　 下面有一個(gè)簡(jiǎn)短的例子，它演示了你在實(shí)現(xiàn)這種模式的時(shí)候所提供的代碼框架。MyResourceHog類演示了實(shí)現(xiàn)IDisposable接口、終結(jié)器的代碼，并建立了一個(gè)虛擬的Dispose方法：

public class MyResourceHog : IDisposable
{
　 // 已經(jīng)被處理過(guò)的標(biāo)記
　 private bool _alreadyDisposed = false;
　 // 終結(jié)器。調(diào)用虛擬的Dispose方法
　 ~MyResourceHog()
　 {
　　 Dispose( false );
　 }

　 // IDisposable的實(shí)現(xiàn)
　 // 調(diào)用虛擬的Dispose方法。禁止Finalization（終結(jié)操作）
　 public void Dispose()
　 {
　　 Dispose( true );
　　 GC.SuppressFinalize( true );
　 }

　 // 虛擬的Dispose方法
　 protected virtual void Dispose( bool isDisposing )
　 {
　　 // 不要多次處理
　　 if ( _alreadyDisposed )
　　　 return;
　　 if ( isDisposing )
　　 {
　　　 // TODO: 此處釋放受控資源
　　 }
　　 // TODO: 此處釋放非受控資源。設(shè)置被處理過(guò)標(biāo)記
　　 _alreadyDisposed = true;
　 }
}

　　 如果衍生類需要執(zhí)行另外的清除操作，它應(yīng)該實(shí)現(xiàn)受保護(hù)的Dispose方法：

public class DerivedResourceHog : MyResourceHog
{
　 // 它有自己的被處理過(guò)標(biāo)記
　 private bool _disposed = false;

　 protected override void Dispose( bool isDisposing )
　 {
　　 // 不要多次處理
　　 if ( _disposed )
　　　 return;
　　 if ( isDisposing )
　　 {
　　　 // TODO: 此處釋放受控資源
　　 }
　　 // TODO: 此處釋放所有受控資源

　　 // 讓基類釋放自己的資源�；�類負(fù)責(zé)調(diào)用GC.SuppressFinalize( )
　　 base.Dispose( isDisposing );

　　 // 設(shè)置衍生類的被處理過(guò)標(biāo)記
　 _disposed = true;
　 }
}

　　 請(qǐng)注意，基類和衍生類都包含該對(duì)象的被處理過(guò)（disposed）標(biāo)記。這純粹是起保護(hù)作用。復(fù)制這個(gè)標(biāo)記可以封裝構(gòu)成某個(gè)對(duì)象的所有類釋放資源時(shí)產(chǎn)生的任何可能的錯(cuò)誤。

　　 你必須編寫防護(hù)性的Dispose和finalize。對(duì)象的處理可以按任意次序進(jìn)行，你可能會(huì)遇到在調(diào)用自己類型的成員對(duì)象的Dispose()方法之前，該對(duì)象已經(jīng)被處理過(guò)了。你不應(yīng)該認(rèn)為這是問(wèn)題，因?yàn)镈ispose()方法會(huì)被多次調(diào)用。如果它在已經(jīng)被處理過(guò)的對(duì)象上被調(diào)用，它就不執(zhí)行任何事務(wù)。Finalizer（終結(jié)器）也有類似的規(guī)則。如果你引用的對(duì)象仍然存在于內(nèi)存中，你就沒(méi)有必要檢查空引用（null reference）。但是，你引用的任何對(duì)象都可能被處理了，它也可能已經(jīng)被終結(jié)了。

　　 這為我?guī)��?lái)了與處理或清除相關(guān)的任何方法的最重要的建議：你應(yīng)該僅僅釋放資源，在dispose方法中不要執(zhí)行任何其它操作。如果你在Dispose或finalize方法中執(zhí)行其它操作，都可能給對(duì)象的生命周期帶來(lái)嚴(yán)重的不良影響。對(duì)象在被構(gòu)造的時(shí)候才"出生"，當(dāng)垃圾收集器收回它們的時(shí)候才"死亡"。當(dāng)你的程序再也不能訪問(wèn)它們的時(shí)候，你可以認(rèn)為它們處于"昏睡"狀態(tài)。如果你不能到達(dá)（reach）某個(gè)對(duì)象，你就不能調(diào)用它的方法，對(duì)于所有的意圖和目的來(lái)說(shuō)，它是死的。但是帶有終結(jié)器的對(duì)象被宣布死亡之前還有最后一口氣。終結(jié)器除了清理非受控資源之外不應(yīng)該執(zhí)行其它任何操作。如果某個(gè)終結(jié)器由于什么原因使某個(gè)對(duì)象又可以到達(dá)了，那么該對(duì)象就恢復(fù)（resurrected）了。即使它是從"昏睡"狀態(tài)醒來(lái)的，它也是"活著"的。下面是一個(gè)很明顯的例子：

public class BadClass
{
　 // 保存某個(gè)全局對(duì)象的引用
　 private readonly ArrayList _finalizedList;
　 private string _msg;

　 public BadClass( ArrayList badList, string msg )
　 {
　　 // 緩沖該引用
　　 _finalizedList = badList;
　　 _msg = (string)msg.Clone();
　 }

　 ~BadClass()
　 {
　　 // 把該對(duì)象添加到列表中。這個(gè)對(duì)象是可到達(dá)的，不再是垃圾了。它回來(lái)了！
　　 _finalizedList.Add( this );
　 }
}

　　 當(dāng)某個(gè)BadClass對(duì)象執(zhí)行自己的終結(jié)器的時(shí)候，它向全局列表上添加了對(duì)自己的引用。這僅僅使自己可到達(dá)了，它活了過(guò)來(lái)！但是這樣操作所帶來(lái)的問(wèn)題使任何人都會(huì)感到膽怯。該對(duì)象已經(jīng)被終結(jié)了，因此垃圾收集器相信不用再次調(diào)用它的終結(jié)器了。你真的需要終結(jié)一個(gè)被恢復(fù)的對(duì)象的時(shí)候，終結(jié)操作卻不會(huì)發(fā)生了。其次，你的一些資源可能不能用了。GC不會(huì)把終結(jié)器隊(duì)列中的對(duì)象可以到達(dá)的任何對(duì)象從內(nèi)存中移除，但是它可能已經(jīng)終結(jié)了這些對(duì)象。如果是這樣的話，那些對(duì)象一定不能再次使用了。盡管BadClass的成員仍然存在于內(nèi)存中，它們卻像被處理過(guò)或被終結(jié)了一樣。在C#語(yǔ)言中沒(méi)有控制終結(jié)次序的途徑。你不能使這種構(gòu)造工作更可靠。不要嘗試！

　　 除了學(xué)院的練習(xí)作業(yè)之外，我從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)如此明顯地使用被恢復(fù)對(duì)象的代碼。但是我看到有些代碼有這個(gè)傾向，它們?cè)诮K結(jié)器中試圖執(zhí)行某些實(shí)際工作，當(dāng)終結(jié)器調(diào)用的某些函數(shù)保存了對(duì)該對(duì)象的引用的時(shí)候，它就正在把對(duì)象變成活動(dòng)的狀態(tài)。原則上我們必須非常仔細(xì)地檢查finalizer和Dispose方法中任何代碼。如果有些代碼除了釋放資源之外還執(zhí)行了其它的操作，我們就需要再檢查一次。這些操作在未來(lái)可能引起程序bug。請(qǐng)移除這些操作，并確保finalizer和Dispose()方法只釋放資源，不作其它任務(wù)事務(wù)。

　　 在受控環(huán)境中，你不必為自己建立的每個(gè)類型編寫終結(jié)器，你只需要為存儲(chǔ)非受控類型，或者包含了實(shí)現(xiàn)IDisposable接口的成員的類型編寫終結(jié)器。即使你只需要Disposable接口，不需要finalizer，也應(yīng)該同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)模式。否則，你會(huì)使衍生類的標(biāo)準(zhǔn)Dispose思想的實(shí)現(xiàn)變得很復(fù)雜，從而限制了衍生類的功能。請(qǐng)遵循前面談到的標(biāo)準(zhǔn)的Dispose思想，這將使你、你的類的用戶、從你的類型建立衍生類的用戶的生活更加輕松。