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

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`****，** 

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

        -  **`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。

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 5.0：ART 取代 Dalvik ?
• Android ART

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，** 

- 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；

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

• Android之内存管理及优化
• 01 详析一次鹅厂一面 | 移动端开发岗题解
• 要点提炼| 理解JVM之内存管理机制
• 慕课网
• java存储机制（栈、堆、方法区详解）