2024年最全Android GC原理探究（深度好文），2024年最新大厂Android开发面试解答-优快云博客

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最后

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2.4 对象的分配和GC触发时机

1. 调用函数dvmHeapSourceAlloc在Java堆上分配指定大小的内存。如果分配成功，那么就将分配得到的地址直接返回给调用者了。函数dvmHeapSourceAlloc在不改变Java堆当前大小的前提下进行内存分配，这是属于轻量级的内存分配动作。

2. 如果上一步内存分配失败，这时候就需要执行一次GC了。不过如果GC线程已经在运行中，即gDvm.gcHeap->gcRunning的值等于true，那么就直接调用函数dvmWaitForConcurrentGcToComplete等到GC执行完成就是了。否则的话，就需要调用函数gcForMalloc来执行一次GC了，参数false表示不要回收软引用对象引用的对象。

3. GC执行完毕后，再次调用函数dvmHeapSourceAlloc尝试轻量级的内存分配操作。如果分配成功，那么就将分配得到的地址直接返回给调用者了。

4. 如果上一步内存分配失败，这时候就得考虑先将Java堆的当前大小设置为Dalvik虚拟机启动时指定的Java堆最大值，再进行内存分配了。这是通过调用函数dvmHeapSourceAllocAndGrow来实现的。

5. 如果调用函数dvmHeapSourceAllocAndGrow分配内存成功，则直接将分配得到的地址直接返回给调用者了。

6. 如果上一步内存分配还是失败，这时候就得出狠招了。再次调用函数gcForMalloc来执行GC。参数true表示要回收软引用对象引用的对象。

7. GC执行完毕，再次调用函数dvmHeapSourceAllocAndGrow进行内存分配。这是最后一次努力了，成功与事都到此为止。

示例图如下：

通过这个流程可以看到，在对象的分配中会导致GC，第一次分配对象失败我们会触发GC但是不回收Soft的引用，如果再次分配还是失败我们就会将Soft的内存也给回收，前者触发的GC是GC_FOR_MALLOC类型的GC，后者是GC_BEFORE_OOM类型的GC。而当内存分配成功后，我们会判断当前的内存占用是否是达到了GC_CONCURRENT的阀值，如果达到了那么又会触发GC_CONCURRENT。

那么这个阀值又是如何来的呢，上面我们说到的一个目标利用率，GC后我们会记录一个目标值，这个值理论上需要再上述的范围之内，如果不在我们会选取边界值做为目标值。虚拟机会记录这个目标值，当做当前允许总的可以分配到的内存。同时根据目标值减去固定值（200~500K),当做触发GC_CONCURRENT事件的阈值。

2.5 回收算法和内存碎片

主流的大部分Davik采取的都是标注与清理（Mark and Sweep）回收算法，也有实现了拷贝GC的，这一点和HotSpot是不一样的，具体使用什么算法是在编译期决定的，无法在运行的时候动态更换。如果在编译dalvik虚拟机的命令中指明了"WITH_COPYING_GC"选项，则编译"/dalvik/vm/alloc/Copying.cpp"源码 – 此是Android中拷贝GC算法的实现，否则编译"/dalvik/vm/alloc/HeapSource.cpp" – 其实现了标注与清理GC算法。

由于Mark and Sweep算法的缺点，容易导致内存碎片，所以在这个算法下，当我们有大量不连续小内存的时候，再分配一个较大对象时，还是会非常容易导致GC，比如我们在该手机上decode图片，具体情况如下：

所以对于Dalvik虚拟机的手机来说，我们首先要尽量避免掉频繁生成很多临时小变量（比如说：getView，onDraw等函数），另一个又要尽量去避免产生很多长生命周期的大对象。

3、ART内存回收机制

3.1 Java堆

ART运行时内部使用的Java堆的主要组成包括Image Space、Zygote Space、Allocation Space和Large Object Space四个Space，Image Space用来存在一些预加载的类， Zygote Space和Allocation Space与Dalvik虚拟机垃圾收集机制中的Zygote堆和Active堆的作用是一样的，

Large Object Space就是一些离散地址的集合，用来分配一些大对象从而提高了GC的管理效率和整体性能，类似如下图：

在下文的GC Log中，我们也能看到在art的GC Log中包含了LOS的信息，方便我们查看大内存的情况。

3.2 GC的类型

kGcCauseForAlloc ，当要分配内存的时候发现内存不够的情况下引起的GC，这种情况下的GC会stop world
kGcCauseBackground，当内存达到一定的阀值的时候会去出发GC，这个时候是一个后台gc，不会引起stop world
kGcCauseExplicit，显示调用的时候进行的gc，如果art打开了这个选项的情况下，在system.gc的时候会进行gc
其他更多

3.3 对象的分配和GC触发时机

由于Art下内存分配和Dalvik下基本没有任何区别，我直接贴图带过了。

3.4 并发和非并发GC

Art在GC上不像Dalvik仅有一种回收算法，Art在不同的情况下会选择不同的回收算法，比如Alloc内存不够的时候会采用非并发GC，而在Alloc后发现内存达到一定阀值的时候又会触发并发GC。同时在前后台的情况下GC策略也不尽相同，后面我们会一一给大家说明。

非并发GC

步骤1. 调用子类实现的成员函数InitializePhase执行GC初始化阶段。

步骤2. 挂起所有的ART运行时线程。

步骤3. 调用子类实现的成员函数MarkingPhase执行GC标记阶段。

步骤4. 调用子类实现的成员函数ReclaimPhase执行GC回收阶段。

步骤5. 恢复第2步挂起的ART运行时线程。

步骤6. 调用子类实现的成员函数FinishPhase执行GC结束阶段。

并发GC

步骤1. 调用子类实现的成员函数InitializePhase执行GC初始化阶段。

步骤2. 获取用于访问Java堆的锁。

步骤3. 调用子类实现的成员函数MarkingPhase执行GC并行标记阶段。

步骤4. 释放用于访问Java堆的锁。

步骤5. 挂起所有的ART运行时线程。

步骤6. 调用子类实现的成员函数HandleDirtyObjectsPhase处理在GC并行标记阶段被修改的对象。。

步骤7. 恢复第4步挂起的ART运行时线程。

步骤8. 重复第5到第7步，直到所有在GC并行阶段被修改的对象都处理完成。

步骤9. 获取用于访问Java堆的锁。

步骤10. 调用子类实现的成员函数ReclaimPhase执行GC回收阶段。

步骤11. 释放用于访问Java堆的锁。

步骤12. 调用子类实现的成员函数FinishPhase执行GC结束阶段。

所以不论是并发还是非并发，都会引起stopworld的情况出现，并发的情况下单次stopworld的时间会更短，基本区别和。

3.5 Art并发和Dalvik并发GC的差异

首先可以通过如下2张图来对比下

Dalvik GC：

Art GC

Art的并发GC和Dalvik的并发GC有什么区别呢，初看好像2者差不多，虽然没有一直挂起线程，但是也会有暂停线程去执行标记对象的流程。通过阅读相关文档可以了解到Art并发GC对于Dalvik来说主要有三个优势点：

1、标记自身

Art在对象分配时会将新分配的对象压入到Heap类的成员变量allocation_stack_描述的Allocation Stack中去，从而可以一定程度缩减对象遍历范围。

2、预读取

对于标记Allocation Stack的内存时，会预读取接下来要遍历的对象，同时再取出来该对象后又会将该对象引用的其他对象压入栈中，直至遍历完毕。

3、减少Pause时间

在Mark阶段是不会Block其他线程的，这个阶段会有脏数据，比如Mark发现不会使用的但是这个时候又被其他线程使用的数据，在Mark阶段也会处理一些脏数据而不是留在最后Block的时候再去处理，这样也会减少后面Block阶段对于脏数据的处理的时间。

3.6 前后台GC

前台Foreground指的就是应用程序在前台运行时，而后台Background就是应用程序在后台运行时。因此，Foreground GC就是应用程序在前台运行时执行的GC，而Background就是应用程序在后台运行时执行的GC。

应用程序在前台运行时，响应性是最重要的，因此也要求执行的GC是高效的。相反，应用程序在后台运行时，响应性不是最重要的，这时候就适合用来解决堆的内存碎片问题。因此，Mark-Sweep GC适合作为Foreground GC，而Mark-Compact GC适合作为Background GC。

由于有Compact的能力存在，碎片化在Art上可以很好的被避免，这个也是Art一个很好的能力。

3.7 Art大法好

总的来看，art在gc上做的比dalvik好太多了，不光是gc的效率，减少pause时间，而且还在内存分配上对大内存的有单独的分配区域，同时还能有算法在后台做内存整理，减少内存碎片。对于开发者来说art下我们基本可以避免很多类似gc导致的卡顿问题了。另外根据谷歌自己的数据来看，Art相对Dalvik内存分配的效率提高了10倍，GC的效率提高了2-3倍。

4、GC Log

当我们想要根据GC日志来追查一些GC可能造成的卡顿时，我们需要了解GC日志的组成，不同信息代表了什么含义。

4.1 Dalvik GC日志