Dynamic adaptation to application sizes (DATAS) GC 策略

现在大家的 .NET 程序基本都部署在如 K8S 这种容器化场景下。出于节约资源的考虑，往往我们还会限制每个实例占用的资源。不知道大家发现没有，在一些高并发的场景下，我们的程序会占用非常多的内存，内存迟迟不释放，在某些极端情况下甚至会发生 OOM 。如果你搜索这个问题，大概率会找到一个答案，那就是在一些资源有限的环境请把 GC 改成 workstation 模式。更改为 workstation 模式后，内存占用高的情况确实有所好转，但是同时也会影响服务的吞吐量。
到了 .NET8 其实我们还有另外一个 GC 的策略可以选择，那就是 DATAS - Dynamic adaptation to application sizes 。它可以帮我们在内存占用跟吞吐量之间找到一个平衡。
首先让我们回顾一下什么是 Workstation 跟 Server GC。
Workstation GC

工作站垃圾回收（Workstation GC）
定位：专为客户端应用程序设计

• 默认场景：
  

独立应用程序的默认GC类型
托管应用（如ASP.NET托管的应用）由宿主决定默认类型

• 运行模式：
  

并发模式（Concurrent GC）：允许托管线程在垃圾回收期间继续运行（.NET Framework 4及后续版本中由后台GC取代）
非并发模式：执行垃圾回收时会暂停所有托管线程
Server GC

服务器垃圾回收（Server GC）
核心优势：为需要高吞吐量和高可扩展性的服务端应用程序优化

• 典型特征：
  

为每个逻辑CPU创建独立GC堆
采用更激进的堆扩展策略
适用于多核服务器环境
DATAS

了解了 Workstation 与 Server GC 的概念后，让我们看看 DATAS 是怎么工作的。
动态适应应用规模的垃圾回收机制（DATAS GC）旨在根据应用程序的内存需求进行自适应调整。这意味着应用程序堆大小应与长期存活数据量大致成正比。如果在不同配置的机器上运行相同任务，堆大小应保持相同或相近；当工作负载减轻或加重时，堆大小会相应调整。
与之相比，服务器GC模式（Server GC）以提升吞吐量为目标，假设当前进程是机器上的主导进程。其触发下次GC前的分配量基于吞吐量而非应用规模。只要内存可用，它会激进地扩展堆空间，导致相同进程在不同硬件配置的机器上运行时堆大小差异显著（例如在核心数和内存更多的机器上堆会大幅增长）。即使工作负载大幅减轻，服务器GC也不一定会主动缩减堆空间。
DATAS GC尤其适合突发型工作负载，能根据负载需求（特别是需求下降时）调整堆大小。这对内存受限环境至关重要——当某些进程负载降低时可容纳更多进程，同时也利于容量规划。该功能在.NET 8中作为可选特性引入，并在.NET 9默认启用。
实现原理

为实现应用规模自适应且保持性能，DATAS GC采取以下策略：
基于长期存活数据量设定触发下次GC前的最大分配量，从而约束堆大小
基于吞吐量动态调整实际允许的分配量
弹性调整堆数量：初始仅使用单堆（多线程分配时可能引发等待，影响吞吐量），但会根据需求增减堆数量。这种混合模式兼具工作站GC（单堆）和服务器GC（按核心数分配堆）的优势
执行完全压缩式GC以防止内存碎片过高，进一步帮助控制堆大小
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