Android---App内存优化-之-JVM-&-Android内存管理机制及GC机制-（拓展-GCRoot）

凌川江雪
85 阅读11分钟

#Java内存分配 图自慕课网

#####方法区：

  • 又叫静态区，与Java堆一样，是所有线程共享的内存区域。！！！！ 方法区包含所有的class文件和static变量/方法！！！

  • 方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

  • 用于存储 已被虚拟机加载的 类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码/Java Class文件等数据。

  • 人们更愿意把这个区域称为“永久代”（Permanent Generation）， 在发布的JDK1.7的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。 它还有个别名叫做Non-Heap（非堆）。

  • 除了和Java堆一样， 不需要连续的内存和 可以选择固定大小或可扩展外， 还可选择不实现GC。

  • 在Java虚拟机规范中， 当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。



###栈

  • 每个线程包含一个栈区， 栈中只保存基础数据类型的对象引用及其对应的值以及基础数据的引用 （Java语言提供了八种基本数据类型： 六种数字类型（四个整数型long、int、short、byte，两个浮点型float、double）， 一种字符类型String，还有一种布尔型）

  • 每个栈中的数据(基础数据类型和对象引用)都是私有的， 其他栈不能访问。

  • 栈分为3个部分： 基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。



#####虚拟机栈

  • 每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧， 用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

  • 每一个方法从调用直至执行完成的过程， 就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的 各种基本数据类型、对象引用类型和returnAddress类型， 它所需的内存空间在编译期间完成分配。

  • 是线程私有的内存，与线程生命周期相同。！！！！

  • 一般把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack）， 其中『栈』指的是虚拟机栈，『堆』指的是Java堆。

  • 在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

    • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度， 将抛出StackOverflowError异常；

    • 如果虚拟机栈可动态扩展且扩展时无法申请到足够的内存， 将抛出OutOfMemoryError异常。



#####本地方法栈

  • 存储局部变量表、操作数栈等；

  • 是虚拟机使用到的Native方法服务。 在虚拟机规范中，对这个区域无强制规定，由具体的虚拟机自由实现。 与虚拟机栈一样， 本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

  • 虚拟机栈是为Java方法服务的； 本地方法栈是为Native方法服务的；

  • 当然还要注意String的特殊性

    • 一个例子：
    • 还有一例：



#####堆

  • 存储的全部是对象， 每个对象都包含一个与之对应的class的信息。 (class的目的是得到操作指令)

  • jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身

  • 被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建； 包含一切new出来的对象；

  • 每一个对象的实际分配内存都是在堆上进行分配的； 用于存放几乎所有的对象实例和数组。

在Java堆中， 可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）， 但无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例， 进一步划分的目的是 为了更好地回收内存， 或者更快地分配内存。

  • 在虚拟机栈中，分配的只是引用， 虚拟机栈当中的引用，会指向在堆中真正创建的对象；

  • 是GC主要作用、管理的区域，因为所占内存最大，最有可能产生垃圾，也被称做“GC堆”； 经常说的内存泄漏也是发生在此区域；

  • 是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。

  • 可处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。

  • 在Java虚拟机规范中， 如果在堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展时， 将会抛出OutOfMemoryError异常。

#####程序计数器（Program Counter Register）

  • 是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

    • 如果线程正在执行的是一个Java方法， 那么计数器记录的是 正在执行的虚拟机字节码指令的地址；

    • 如果线程正在执行的是一个Native方法， 那么计数器的值则为空。

注意：！！！！！！！ 计数器的值代表着下一条需要执行的字节码指令，！！！ 字节码解释器工作时， 就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，！！！！ 分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能 都需要依赖这个计数器来完成。

  • 为了线程切换后能恢复到正确的执行位置， 每条线程都需要有一个独立的程序计数器， 各条线程之间计数器互不影响，独立存储， 因此它是线程私有的内存。！！！！！！！

  • 在Java虚拟机规范中， 是唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。



#JVM垃圾回收算法

  • 回收算法有以下四种：

    • 分代收集算法（1）：是当前商业虚拟机都采用的一种算法，根据对象存活周期的不同，将Java堆划分为新生代和老年代，并根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

      • 新生代：大批对象死去，只有少量存活。使用『复制算法』，只需复制少量存活对象即可。

        • 复制算法（2）：把可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。 当这一块的内存用尽后，把还存活着的对象『复制』到另外一块上面， 再将这一块内存空间一次清理掉。

      • 老年代：对象存活率高。使用『标记—清理算法』或者『标记—整理算法』，只需标记较少的回收对象即可。

        • 标记-清除算法（3）：首先『标记』出所有需要回收的对象，然后统一『清除』所有被标记的
        • 标记-整理算法（4）：首先『标记』出所有需要回收的对象，然后进行『整理』，使得存活的对象都向一端移动，最后直接清理掉端边界以外的内存。

  • 标记-清除算法效率其实不高， 它需要从头到尾对内存中的每一个对象做标记； 并且会产生大量的不连续的内存碎片；如上的第四行内存，可能两块蓝色之间的那一块内存都是用不了的， 只能用后面的三块来分配， 即前面出现了内存空洞；

  • 复制算法的相较于 标记-清除算法，效率是高一点的， 每一次只需对二分之一的内存进行标记， 同时避免内存空洞； 但是浪费了一半空间，代价大；

  • 标记-整理算法 避免标记-清理导致的内存碎片（及内存空洞）； 避免复制算法的空间浪费；



#Android内存管理机制 ####内存（按需）弹性分配 分配值与最大值受具体设备影响； 不同配置的手机，其单个APP可以使用的内存是不同的； 比如多者有单个APP可以使用512M的内存的，少者128M甚至更甚；



####OOM场景： OOM有时候是APP自己的原因，有时候也可能是整个系统的原因；

  • APP使用内存真正不足，超限： 比如某一个手机，其单个APP 最大可以使用的内存 是512M， 假设有一个APP 已经使用了510M了，这时候如果还要再申请一个3M的空间， 这时候内存是真正不足了，超过了最大限制，要抛出OOM内存溢出异常；

  • 系统可用内存不足： 就是， 即使 APP使用的内存 没有超过 系统规定的最大限制， 但是整个系统的内存已经不够用了，AMS回收了别的进程 也不够分了， 没办法多分配给APP内存了， 这时候也会抛出OOM 内存溢出异常； 如某一个手机，其单个APP 最大可以使用的内存 是512M， 一个APP只用了200M，再要申请一个几十M的内存时， 系统也抛出OOM内存溢出异常；



####Dalvik 和 ART的区别（关注点：程序运行时、GC算法）

参考链接：

Android 4.4之前，Android系统一直都是在Dalvik 虚拟机上的， 从Android 4.4开始开始引入ART，到5.0已经成为默认选择。

  • Dalvik 仅固定一种回收算法，！！！！ 手机出厂之前已经设定好了，运行期间无法改变； 另外， 应用程序每次运行时，！！！！ 都需要将程序内的代码即使转变为机器码才能运行，这无形中多附加了一道手续， 这就造成了耗电相对较快、占用内存大、即使是旗舰机用久了也会卡顿严重的现象。
  • ART，Android Runtime 的简称。
  • 优点：
    • 通过在安装应用程序时，自动对程序进行代码预读取编译， 让程序直接编译成机器语言，运行时直接运行 无需再做转化，！！！！ 免去了Dalvik模式运行时要时时转换代码，
    • 实现高效率、省电、占用更低的系统内存、手机运行流畅。
  • 缺点：
    • 占用略高一些的存储空间；
    • 安装程序时要相比普通 Dalvik 模式要长一些时间来实现预编译；
  • Android5.0之后都是默认使用ART虚拟机， 其回收算法，是可以在APP运行期间进行选择的，！！！！ 可以在不同的情况下，选择合适的垃圾回收算法；
    如果， APP正跑在前台，和用户正在交互， 此时此景，自然响应速度最重要！ 对于用户来说，需要APP能够及时响应， 此时应该选择一种简单的算法——标记-清除算法；
    如果， APP切到了后台， 则可以选择标记-整理算法，作为补充； （也就是说，ART 相对于 Dalvik 而言， 具备内存整理能力，减少内存空洞）



####Low Memory Killer 机制 机制目的：保证大多数情况下，不会出现内存不足的情境；

  • 针对所有进程；

  • 当手机内存不足，Low Memory Killer 机制就会 针对所有进程 进行回收；

  • 进程分类： Android系统将进程分为以下几类： （进程优秀级从前往后，从高到低） 前台进程，可见进程，服务进程，后台进程，空进程； （Foreground进程、Visible进程、Service进程、Background进程、Empty进程）

如果用户按Home键返回桌面，那么该app成为Background进程； 如果按Back返回，则成为Empty进程。

  • RAM（内存）不足时， Low Memory Killer 会找优先级低的进程，优先进行回收， 杀死优先级较低的进程，让高优先级进程获取更多内存； 同时还会考虑一个因素——回收收益， 即 回收 某一个进程 能 收回 多大的内存；

  • ActivityManagerService直接管理所有进程的内存资源分配。 所有进程要申请或释放内存都需要通过ActivityManagerService对象。

  • 垃圾回收不定期执行。 当内存不够时就会遍历heap空间，把垃圾对象删除。

  • 堆内存越大，则GC的时间更长。





#####参考自

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