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Android内存模型与垃圾回收

引言

接 App优化之内存优化(序) , 作为App优化系列中内存优化的一个小部分.

由于内存相关知识比较生涩, 内存优化中使用到的相关工具, 也有很多专有名词. 对Java内存管理, GC, Android内存管理, Dalvik/ART等知识有一个理论的认识, 可以让我们更好的使用这些工具, 分析内存问题.

据此, 我们就先从理论入手, 聊聊GC那些事儿.

1, 何为GC

GC 是 garbage collection 的缩写, 垃圾回收的意思. 也可以是 Garbage Collector, 也就是垃圾回收器.

1.1 垃圾回收器

我们先来解释下Garbage Collector(垃圾回收器).

内存管理, 一直是编程中的一个大的问题. 在较老的语言中, 例如C++语言中, 内存管理是显式的, 也就是说使用者自己申请内存使用, 自己释放内存. 这就是为什么C++语言中除了构造函数, 还有析构函数. 我们在创建对象的时候调用构造函数创建, 系统会在对象结束其作用域的时候调用析构函数, 我们需要做的就是在析构函数中释放掉我们申请的相关资源, 以便释放内存地址.

显然, 这种显式的由编程人员自己控制释放内存的方式很容易出问题, 忘了, 漏了, 都可能导致内存问题. 也不符合程序员要懒的特征.

故而, Java语言中引入了自动内存管理的机制, 也就是垃圾回收器. 大部分的现代面向对象语言, 也都是采用自动内存管理机制.

内存自动管理回收机制可以解决大部分, 但不是所有的内存问题, 这也是为什么我们要讨论内存泄露.

垃圾回收器的职责

垃圾回收器有三大职责:

分配内存;
确保任何被引用的对象保留在内存中;
回收 不能通过引用关系找到 的对象的内存.

垃圾回收的一般流程

gc process

1.2 相关概念

垃圾回收(GC)

垃圾回收器中有一个进程来做上面的这些事情, 这个进程查找我们的对象引用的关系并释放其内存, 这个进程就是garbage collection(垃圾回收), 也就是我们常说的GC.

Heap和Stack

简单说下:

Heap内存是指java运行环境用来分配给对象和JRE类的内存. 是应用的内存空间.
Stack内存是相对于线程Thread而言的, 它保存线程中方法中短期存在的变量值和对Heap中对象的引用等.
Stack内存, 顾名思义, 是类Stack方式, 总是后进先出(LIFO)的.
我们通常说的GC的针对Heap内存的. 因为Stack内存相当于是随用随销的.

heap&stack

GC Root

直译GC根, 我们姑且不译了吧.

所谓GC Root我们可以理解为是一个Heap内存之外的对象, 通常包括但不仅限于如下几种:

System Class 系统 Class Loader加载的类. 例如java运行环境中rt.jar中类, 比如java.util.* package中的类.
Thread 运行中的线程
JNI 中的本地/全局变量, 用户自定义的JNI代码或是JVM内部的.
Busy Monitor 任何调用了wait()或notify()方法, 或是同步化的(synchronized)的东西. 可以理解为同步监控器.
Java本地实例, 还在运行的Thread的stack中的方法创建的对象.

活对象/垃圾

如果这个对象是 引用可达 的, 则称之为 活的(live) , 反之, 如果这个对象 引用不可达 , 则称之为 死的(dead) , 也可以称之为 垃圾(garbage) .

这个 引用可达与不可达 就是相对于GC Root来说的:

gc-roots

2, Java的内存管理机制

2.1 关于JVM

我们平常在查看我们的java版本时, 你会发现:

$ java -version
java version "1.8.0_74"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_74-b02)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.74-b02, mixed mode)
复制代码

其中有个HotSpot VM的东西, 那么这个是什么呢? 和JVM有什么关系呢?

在此简单说下, 以便行文:

JVM, Java虚拟机, 可以简单理解为一种技术思想, 虚拟技术理念.
HotSpot VM是JVM的一种实现, 包含了服务器版和桌面应用程序版, 现时由Oracle维护并发布.

我们当前使用的sun(oracle)的java版本(应该是1.3以上)都是内置的HotSpot VM实现. 所以接下来的分析也都是基于HotSpot VM的, 但是还是简称JVM.

2.2 JVM内存区域

JVM使用分代式的内存管理方式, 将Heap分成三代 --- 新生代, 老一代, 持久代.

Hotspot heap structure

Young Generation
- 新生代.
- 所有new的对象.
- 该区域的内存管理使用minor garbage collection(小GC).
- 更进一步分成Eden space, Survivor 0 和 Survivor 1 三个部分.
Old Generation
- 老年区.
- 新生代中执行小粒度的GC幸存下来的"老"对象.
- 该区域的内存管理使用major garbage collection(大GC).
Permanent Generation
- 持久代.
- 包含应用的类/方法信息, 以及JRE库的类和方法信息.