一：背景
1. 讲故事
最近也是奇怪，在社区里看到好几篇文章聊static 的玩法以及怎么拿这个和面试官扯半个小时，有点意思，点进去看都是java版的，这就没意思了，怎么也得有一篇和面试官扯C# 中的 static用法撒，既然没有人开这个头，那我就献丑了。。。，下面以QA的方式记述，大家可以代入一下能回答几个问题。
二：QA环节
- 面试官： 请问您都是在什么场景下用static的？
解析： 可能面试官潜意识的想问问你会不会使用本地缓存。
- 码农： 先不说我的场景，纵观C#的底层FCL源码，你会发现很多的
static修饰的集合，如ThreadPool:
[SecurityCritical]
private static bool QueueUserWorkItemHelper(WaitCallback callBack, object state, ref StackCrawlMark stackMark, bool compressStack)
{
QueueUserWorkItemCallback callback = new QueueUserWorkItemCallback(callBack, state, compressStack, ref stackMark);
ThreadPoolGlobals.workQueue.Enqueue(callback, forceGlobal: true);
result = true;
}
其中的 workQueue 就是一个静态队列，不仅如此还有Quartz底层自研的线程池，还有web中的Session，Application，无非就是想用static做一个池化技术和AppDomain级的本地缓存，所以我的应用场景也无非是这些了。
- 面试官： 您会几种实现单例的方式？
解析：既然面试官想和你扯static，就是想看看你会不会用 static cctor静态构造器构建单例!
- 码农： 实不相瞒，不管是用懒汉式还是饿汉式，大体上也就这几种
双检锁,static cctor,Lazy<T>, 不知道您想让我细说哪一种？
- 面试官： 那就说一下静态构造函数为什么可以实现单例？
解析： 可能觉得码农回答的有点拽，问深一点看看是不是唬人的。
- 码农：说到单例，每一个人都会提到在多线程场景下的并发问题导致多个单例的尴尬，所以有了给代码加上各种花哨的锁，比如刚才我提到的
双检索,所以说没有锁。。。这个问题是搞不定的，换句话说静态构造函数也是用了锁机制。
- 面试官： 你确定用到了锁？ 有证据吗？
解析： 有戏了，对你产生感兴趣了，愿听其详。
- 码农： 既然要证据，那我先构思一段如下代码：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person person = new Person();
Console.ReadLine();
}
}
class Person
{
static Person()
{
Console.WriteLine("正在处理静态函数");
Console.ReadLine();
}
}
然后抓一个dump文件，用windbg 看一下主线程的托管和非托管堆栈。
0:000> ~0s
ntdll!NtReadFile+0x14:
00007ff8`8d2eaa64 c3 ret
0:000> !dumpstack
OS Thread Id: 0x4ac0 (0)
Current frame: ntdll!NtReadFile+0x14
Child-SP RetAddr Caller, Callee
000000c119bfdcd0 00007ff817090957 (MethodDesc 00007ff816f85aa8 +0x37 ConsoleApp6.Person..cctor()), calling (MethodDesc 00007ff8741140b8 +0 System.Console.ReadLine())
000000c119bfdd10 00007ff8765e6c93 clr!CallDescrWorkerInternal+0x83
000000c119bfdd18 00007ff87660a51c clr!ListLockEntry::FinishDeadlockAwareEnter+0x40, calling clr!GetThread
000000c119bfdd50 00007ff8765e6b79 clr!CallDescrWorkerWithHandler+0x4e, calling clr!CallDescrWorkerInternal
000000c119bfdd80 00007ff87390d663 clrjit+0x1d663, calling clrjit+0x1be60
000000c119bfdd90 00007ff87660c56b clr!DispatchCallDebuggerWrapper+0x1f, calling clr!CallDescrWorkerWithHandler
000000c119bfddf0 00007ff87660c535 clr!DispatchCallSimple+0x93, calling clr!DispatchCallDebuggerWrapper
000000c119bfde40 00007ff87660a5b9 clr!MethodTable::EnsureInstanceActive+0x110, calling clr!DomainFile::EnsureLoadLevel
000000c119bfde90 00007ff87660bf65 clr!MethodTable::RunClassInitEx+0x111, calling clr!DispatchCallSimple
000000c119bfdec0 00007ff88d350119 ntdll!RtlDebugFreeHeap+0x2a9, calling ntdll!RtlLeaveCriticalSection
000000c119bfdee0 00007ff88d2b77a2 ntdll!RtlInitializeCriticalSection+0xa2, calling ntdll!_security_check_cookie
000000c119bfdf80 00007ff87660a51c clr!ListLockEntry::FinishDeadlockAwareEnter+0x40, calling clr!GetThread
000000c119bfdfc0 00007ff87660c15c clr!MethodTable::DoRunClassInitThrowing+0x3b9, calling clr!MethodTable::RunClassInitEx
000000c119bfe810 00007ff8765f08b4 clr!ListLockEntry::`scalar deleting destructor'+0xd4, calling clr!operator delete
000000c119bfff10 00007ff88d044034 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
000000c119bfff40 00007ff88d2c3691 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
仔细看上面的代码，你会发现有很多处 ListLockEntry，这就和锁扯上了关系哈，这算证据不？
- 面试官： 小伙子windbg玩的挺溜，那请回答一下静态变量是存在哪的，有什么证据吗？
解析：转变思路，开始证据先行了😁😁😁。
- 码农： 犹记得
CLR via C#中说静态变量是存放在类型对象中，这就好办了，我去挖一下不就可以了哈，其实CLR内部用了两个数据结构来表示类型对象和对象类型，一个叫做EEClass一个叫做方法表，下面我定义一个lockMe的静态变量，代码如下：
class Person
{
public static object lockMe = new object();
static Person()
{
Console.WriteLine("正在处理静态函数");
Console.ReadLine();
}
}
然后祭出杀器 windbg ，用 name2ee 找到Person的EEClass将它打出来。
0:000> !name2ee ConsoleApp6.exe!ConsoleApp6.Person
Module: 00007ff816fb4140
Assembly: ConsoleApp6.exe
Token: 0000000002000003
MethodTable: 00007ff816fb5ae8
EEClass: 00007ff816fb2558
Name: ConsoleApp6.Person
0:000> !DumpClass /d 00007ff816fb2558
Class Name: ConsoleApp6.Person
mdToken: 0000000002000003
File: C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp6\bin\x64\Debug\ConsoleApp6.exe
Parent Class: 00007ff873f52f68
Module: 00007ff816fb4140
Method Table: 00007ff816fb5ae8
Vtable Slots: 4
Total Method Slots: 6
Class Attributes: 0
Transparency: Critical
NumInstanceFields: 0
NumStaticFields: 1
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff873f75dd8 4000001 8 System.Object 0 static 0000020ae5c42d90 lockMe
可以看到最后一行的 lockMe，就是那本书中所说的类型对象存储的静态字段。
- 面试官： 那既然 static 属于类型对象，为什么GC不回收它呢？
解析： 开启三连击，看你沉浮有多深？
- 码农： 为什么GC不回收它？ 这里我有两个个人观点：
<1> clr的底层机制决定的
clr在启动gc组件进行回收前，会先在堆中找几类root对象，从而开启标记引用链之路，常见的root对象有：
第一个： 方法的局部变量，这个JIT在编译方法的时候最清楚，它通过维护一个表给GC参谋。
第二个： static变量，这是天然的root根，与AppDomain共存亡。
第三个： 其他乱七八糟的root根。
<2> static地址是在启动堆，而不是在托管堆，理应不受GC管控
这句话的证据在哪里呢？ 在 C# via CLR 那本书中说，JIT开始编译方法内代码的时候，会判断当前的类型Pereson是否已经在AppDomain中加载了，如果没有很显然会抛异常，如果有此类型，那就从程序集的元数据中找到该类型的所有描述构建Person的 EEClass数据结构。
使用 ILDasm 查看程序集中关于构建EEClass的Person元数据。
可以看到确实有 lockMe 的元数据表示，有了这些EEClass就可以构建出来，然后JIT编译器可以将其分配在加载堆和AppDomain绑定，接下来的问题是怎么去看是在加载堆？？？用什么命令去看，当然是windbg啦,用 !eeheap -loader 即可。
0:000> !eeheap -loader
Loader Heap:
--------------------------------------
System Domain: 00007ff877002af0
LowFrequencyHeap: 00007ff816f80000(3000:3000) Size: 0x3000 (12288) bytes.
HighFrequencyHeap: 00007ff816f84000(9000:1000) Size: 0x1000 (4096) bytes.
StubHeap: 00007ff816f8d000(3000:2000) Size: 0x2000 (8192) bytes.
Total size: Size: 0xa000 (40960) bytes.
--------------------------------------
Shared Domain: 00007ff877002520
LowFrequencyHeap: 00007ff816f80000(3000:3000) Size: 0x3000 (12288) bytes.
HighFrequencyHeap: 00007ff816f84000(9000:1000) Size: 0x1000 (4096) bytes.
StubHeap: 00007ff816f8d000(3000:2000) Size: 0x2000 (8192) bytes.
Total size: Size: 0xa000 (40960) bytes.
--------------------------------------
Domain 1: 000001246cae21f0
LowFrequencyHeap: 00007ff816f90000(3000:3000) Size: 0x3000 (12288) bytes.
HighFrequencyHeap: 00007ff816f93000(a000:3000) Size: 0x3000 (12288) bytes.
StubHeap: Size: 0x0 (0) bytes.
Total size: Size: 0x6000 (24576) bytes.
--------------------------------------
Total LoaderHeap size: Size: 0x1a000 (106496) bytes.
=======================================
从上图中可以看到，C#应用程序会有三个应用程序域： System Domain,Shared Domain, Domain1，每一个AppDomain都有自己的私有加载堆，我们的 Person 类型不出意外就是在 Domain 1 上了哈，如果你好奇可以看看这个AppDomain都有啥。
0:000> !DumpDomain /d 000001246cae21f0
--------------------------------------
Domain 1: 000001246cae21f0
LowFrequencyHeap: 000001246cae29e8
HighFrequencyHeap: 000001246cae2a78
StubHeap: 000001246cae2b08
Stage: OPEN
SecurityDescriptor: 000001246cae4870
Name: ConsoleApp6.exe
Assembly: 000001246cb7f990 [C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll]
ClassLoader: 000001246cb7fae0
SecurityDescriptor: 000001246cb7e230
Module Name
00007ff873f51000 C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
Assembly: 000001246cb954c0 [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp6\bin\x64\Debug\ConsoleApp6.exe]
ClassLoader: 000001246cb95610
SecurityDescriptor: 000001246cb933f0
Module Name
00007ff816f94140 C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp6\bin\x64\Debug\ConsoleApp6.exe
程序集下就是 Module，如你看到的 ConsoleApp6.exe就是一个module哈，还可以继续dump module看元数据啥的。
总之你让我找到lockme在启动堆上的地址，目前还没这个能力，不过要知道的是，lockMe 引用的object地址是在启动堆上分配，而object对象是在托管堆上分配的，不要搞混淆了。
三：后续
面试官看了看手表，已经快一个小时了，此时面试官心里有了答案，按照职场潜规则，万不可录取，不然我的位置往哪搁呢？
来源：oschina
链接：https://my.oschina.net/u/135083/blog/4302537