Почему поток памяти C# резервирует так много памяти?

, потому что это алгоритм для того, как он расширяет свои возможности.

public override void Write(byte[] buffer, int offset, int count) {

    //... Removed Error checking for example

    int i = _position + count;
    // Check for overflow
    if (i < 0)
        throw new IOException(Environment.GetResourceString("IO.IO_StreamTooLong"));

    if (i > _length) {
        bool mustZero = _position > _length;
        if (i > _capacity) {
            bool allocatedNewArray = EnsureCapacity(i);
            if (allocatedNewArray)
                mustZero = false;
        }
        if (mustZero)
            Array.Clear(_buffer, _length, i - _length);
        _length = i;
    }

    //... 
}

private bool EnsureCapacity(int value) {
    // Check for overflow
    if (value < 0)
        throw new IOException(Environment.GetResourceString("IO.IO_StreamTooLong"));
    if (value > _capacity) {
        int newCapacity = value;
        if (newCapacity < 256)
            newCapacity = 256;
        if (newCapacity < _capacity * 2)
            newCapacity = _capacity * 2;
        Capacity = newCapacity;
        return true;
    }
    return false;
}

public virtual int Capacity 
{
    //...

    set {
         //...

        // MemoryStream has this invariant: _origin > 0 => !expandable (see ctors)
        if (_expandable && value != _capacity) {
            if (value > 0) {
                byte[] newBuffer = new byte[value];
                if (_length > 0) Buffer.InternalBlockCopy(_buffer, 0, newBuffer, 0, _length);
                _buffer = newBuffer;
            }
            else {
                _buffer = null;
            }
            _capacity = value;
        }
    }
}

таким образом, каждый раз, когда вы нажмете предел емкости, он удваивает размер емкости. Причина этого в том, что Buffer.InternalBlockCopy операция медленная для больших массивов, поэтому, если бы ей приходилось часто изменять размер каждого вызова записи, производительность значительно снизилась бы.

несколько вещей, которые вы могли бы сделать, чтобы улучшить производительность для вас, вы можете установить начальную емкость, по крайней мере, размер вашего сжатого массива, и вы можете увеличить размер в раз меньше, чем 2.0 для уменьшения объема используемой памяти.

const double ResizeFactor = 1.25;

private byte[] Decompress(byte[] data)
{
    using (MemoryStream compressedStream = new MemoryStream(data))
    using (GZipStream zipStream = new GZipStream(compressedStream, CompressionMode.Decompress))
    using (MemoryStream resultStream = new MemoryStream(data.Length * ResizeFactor)) //Set the initial size to be the same as the compressed size + 25%.
    {
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int iCount = 0;

        while ((iCount = zipStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
        {
            if(resultStream.Capacity < resultStream.Length + iCount)
               resultStream.Capacity = resultStream.Capacity * ResizeFactor; //Resize to 125% instead of 200%

            resultStream.Write(buffer, 0, iCount);
        }
        return resultStream.ToArray();
    }
}

если бы вы хотели, вы могли бы сделать еще более причудливые алгоритмы, такие как изменение размера на основе текущего коэффициента сжатия

const double MinResizeFactor = 1.05;

private byte[] Decompress(byte[] data)
{
    using (MemoryStream compressedStream = new MemoryStream(data))
    using (GZipStream zipStream = new GZipStream(compressedStream, CompressionMode.Decompress))
    using (MemoryStream resultStream = new MemoryStream(data.Length * MinResizeFactor)) //Set the initial size to be the same as the compressed size + the minimum resize factor.
    {
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int iCount = 0;

        while ((iCount = zipStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
        {
            if(resultStream.Capacity < resultStream.Length + iCount)
            {
               double sizeRatio = ((double)resultStream.Position + iCount) / (compressedStream.Position + 1); //The +1 is to prevent divide by 0 errors, it may not be necessary in practice.

               //Resize to minimum resize factor of the current capacity or the 
               // compressed stream length times the compression ratio + min resize 
               // factor, whichever is larger.
               resultStream.Capacity =  Math.Max(resultStream.Capacity * MinResizeFactor, 
                                                 (sizeRatio + (MinResizeFactor - 1)) * compressedStream.Length);
             }

            resultStream.Write(buffer, 0, iCount);
        }
        return resultStream.ToArray();
    }
}