Android必学基础知识之垃圾回收

前言

 Java堆和方法区两个区域有明显的不确定性，因为一个接口的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法所执行的不同条件分支所需的内存也可能不一样，只有处于运行期间，我们才能知道创建哪些对象，创建多少个对象，这部分内存的分配和回收是动态的，垃圾回收器所关注的正是这部分内存该如何管理。

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1 引用计数法

 Python、微软COM技术、使用ActionScript 3的FlashPlayer使用引用计数法进行管理内存。

1.1 定义

 在对象中添加一个引用计数器，没一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计时器为零的对象就是不可能再被使用的。

1.2 为什么JVM不使用引用计数法管理内存？

 因为引用计数法有很多特殊情况需要考虑，必须要配合大量的额外处理才能保证正确工作，例如单纯的引用计数就很难解决对象之间相互循环引用的问题。

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2 可达性分析算法

 Java、C#使用可达性分析来判定对象是存活。

2.1 定义

 以"GC Roots"的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程中所走过的路径为“引用链”，如果某个对象到"GC Roots"间没有任何引用链相连，就可以称为对象不可达，证明此对象是并不可能再被使用的。

2.2 GC Roots对象

 在Java技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种：

• 在虚拟机栈中的本地变量表引用的对象，例如：线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
• 在方法区中静态属性引用的对象，例如：Java类的引用类型静态变量。
• 在方法去中引用的对象，例如：字符常量池里的引用。
• 在本地方法栈中JNI引用的对象。
• Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象等，还有系统类加载器。
• 所有被同步锁（Syschronized关键字）持有的对象。
• 反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。
   G1、ZGC等垃圾回收器还实现了局部回收，它们在实现上也做了跟中优化处理。

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3 引用

 无论是引用计数法还是可行性分析算法判定对象是否存活都和"引用"离不开关系，引用根据回收时机可以分为强引用（Strongly Refrence）、软引用（Soft Refrence）、弱引用（Weak Refrence）、虚引用（Phantom Refrence）

3.1 强引用（Strongly Refrence）

 程序代码中普遍存在的引用赋值，即类似Object obj = new Object()，只要强引用关系还存在，垃圾回收器就永远不会回收被引用的对象。

3.2 软引用（Soft Refrence）

 内存不足时被回收，如果回收之后内存还时不够用就抛出OOM。

3.3 弱引用（Weak Refrence）

 下一次GC时被回收。

3.4 虚引用（Phantom Refrence）

 一个对象是否有虚引用存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用的目的只是为了能在这个对象被垃圾回收器回收时都到一个系统通知。

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4 垃圾收集算法

 从如何判定对象消亡的角度出发，垃圾收集算法可以划分为“引用计数式垃圾收集”和“追踪式垃圾收集”，JVM所有垃圾回收算法均属于“追踪式垃圾收集”。

4.1 分代收集理论

 分代收集名为理论，实质是一套符合大多数程序运行实际情况的经验法则，它建立在两个分代假说之上：

• 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的。
• 强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。
   根据以上两种分代假说，收集器应该将Java堆划分出不同的区域，然后将回收对象依据年龄分配到不同的区域之中存储。在新生代每次垃圾回收时都会有大批对象死去，JVM将难以回收的对象放到老年代以低频率来回收这个区域。
   新生代和老年代之间可能存在引用，假设在新生代进行垃圾收集，但是新生代对象可能被老年代对象引用，为了找出新生代中的存活对象，不得不在固定的GC Roots之外，再额外便利整个老年代中所有对象来确保可达性分析结果的正确性，反之也存在可能。这种方式无疑是会带来性能负担的，因此引入了跨代引用假说。
• 跨代引用假说
   例如在新生代上建立一个全局的数据结构，把老年代划分成若干个小块，标识出哪一块内存会存在跨代引用，此后发生垃圾收集时就不用遍历整个老年代。

4.2 回收类型

• 部分收集（Partil GC）
  ① 新生代收集（Minor GC/Young GC）
  ② 老年代收集 (Major GC/Old GC)
  ③ 混合GC（mixed GC）:指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1 收集器会有这种行为。
• 整堆收集（Full GC）:收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。

4.3 标记-清除算法

4.4 标记-复制算法（半区复制）

4.5 标记-整理算法

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5 ART垃圾回收

 我们都知道Android 5.0之后ART虚拟机用于完全取代了Dalvik虚拟机，ART引入了预编译技术AOT(Ahead-Of-Time compile)相比Dalvik的即时编译技术(Just-In-Time compile)，AOT减少了运行时重复编译程序无用功。

在Android 5.0之前只有标记清除算法一种策略

在Android 5.0之后，ART增加了标记复制算法和标记整理算法

 ART在程序处于前台时使用标记清除算法，处于后台时使用标记整理算法，在前台切换后台时或者后台切换前台时,ActivityManager会通知发生一次标记复制算法。

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总结

 标记清除、标记复制、标记整理算法触发STW（Stop The World）造成线程全部暂时停掉（它们耗时的长短和前面的顺序一样），ART何时使用垃圾收集清理算法是根据用于处于前台还是后台来动态选择清理算法的。
 目前来说只能通过修改build.prop改变堆的大小等属性，因此我们日常开发的上层应用是无法修改堆属性的。