Android | App内存优化 之 JVM & Android内存管理机制

  • 2019 年 11 月 27 日
  • 筆記

Java内存分配

图自慕课网

方法区：
  • 又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。 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。
  • 与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。！！！！
  • 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值和对象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

VirMach 便宜 VPS

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