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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 可以选择固定大小可扩展外 还可选择不实现GC
  • Java虚拟机规范中, 方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

  • 每个线程包含一个栈区 栈中只保存基础数据类型对象以及基础数据引用 (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returnAddress类型 它所需的内存空间在编译期间完成分配

  • 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)栈内存(Stack) 其中『栈』指的是虚拟机栈,『堆』指的是Java堆
  • 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。 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StackOverflowErrorOutOfMemoryError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:

  • 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

  • 虚拟机栈中,分配的只是引用 虚拟机栈当中的引用,会指向在真正创建的对象
  • GC主要作用、管理区域,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最大的一块
  • 可处于物理上不连续内存空间中,只要逻辑上连续的即可。
  • 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)
  • 当前线程所执行的字节码行号指示器
    • 如果线程正在执行的是一个Java方法 那么计数器记录的是 正在执行虚拟机字节码指令地址
    • 如果线程正在执行的是一个Native方法 那么计数器的值则为

**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。!!!!!!!
  • Java虚拟机规范中, 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, 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,则GC的时间更

参考自

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