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JVM、Dalvik、ART垃圾回收机制

java 2025/7/27 15:06:36

一、JVM垃圾回收机制（桌面/服务器端）

1. 核心算法：分代收集

新生代回收（Minor GC）
- 触发条件：Eden区满时触发
- 算法：复制算法（Eden → Survivor区）
- 过程：存活对象在Survivor区间复制，年龄+1；年龄超阈值（默认15）晋升老年代
老年代回收（Major GC/Full GC）
- 触发条件：老年代空间不足
- 算法：标记-清除（产生碎片）或标记-整理（无碎片）
- 耗时：10倍于Minor GC，导致应用暂停（STW）

2. 对象存活判定：可达性分析

GC Roots类型：
- 虚拟机栈局部变量
- 方法区静态变量与常量
- JNI引用对象
解决循环引用：不可达对象判定为垃圾（对比引用计数法）

3. GC触发场景

GC类型	触发条件	影响范围
Minor GC	Eden区满	仅新生代
Full GC	老年代满/调用System.gc()	全堆+方法区
MetaSpace GC	类元数据超限	元空间

二、Dalvik垃圾回收机制（Android 4.4及之前）

1. 核心设计：移动端适配

堆结构：
- Zygote堆：预加载系统类（进程间共享）
- Active堆：应用独享，对象分配主区域
回收算法：标记-清除（Mark-Sweep）
- 位图标记：独立空间记录对象状态，减少对象头开销
- 三次STW：
  - 每次暂停约5-10ms，导致界面卡顿

2. 致命缺陷

全堆扫描：每次GC需遍历所有对象
内存碎片：清除后产生不连续空间，大对象分配失败
高功耗：频繁GC增加CPU负载

三、ART垃圾回收机制（Android 5.0+）

1. 革命性优化

2. 核心机制解析

并发标记清除（CMS）：
- 标记阶段：
  1. 初始标记（STW暂停1次）：标记根对象（耗时≤1ms）
  2. 并发标记：与应用线程并行遍历引用链
  3. 最终标记（非STW）：处理引用变更（ModUnionTable记录脏数据）
- 清除阶段：后台线程异步回收
分代策略增强：
- 年轻代：复制算法（Minor GC <2ms）
- 老年代：标记-整理（避免碎片）
- 大对象直存老年代：避免年轻代频繁回收

3. GC触发条件

GC原因	触发场景	线程影响
kGcCauseForAlloc	分配对象时内存不足	STW暂停
kGcCauseBackground	后台并发GC（堆使用达阈值）	无STW
kGcCauseExplicit	调用System.gc()	STW暂停

四、三大运行时GC机制对比

维度	JVM	Dalvik	ART
堆结构	新生代+老年代+元空间	Zygote堆+Active堆	Image/Zygote/Allocation/Large Object Space
回收算法	分代收集（复制+标记整理）	标记-清除（全堆扫描）	CMS（并发标记+增量清除）
STW暂停	Full GC时显著暂停	3次暂停/次GC	仅1次初始标记暂停
碎片处理	标记整理压缩	无优化（依赖Bionic）	在线内存压缩（ART 10+）
移动端优化	无	写时复制共享Zygote堆	AOT+JIT混合编译
典型GC耗时	Full GC：100ms+	每次暂停5-10ms	Minor GC：<2ms；Full GC：5-10ms

五、面试标准答案（背诵版）

Q：JVM、Dalvik与ART的GC核心区别？

A：三者本质是不同场景的运行时环境，核心差异如下：
算法设计：
JVM：分代收集（新生代复制算法+老年代标记整理）
Dalvik：标记-清除（全堆扫描，三次STW卡顿严重）
ART：并发标记清除（CMS仅1次STW，增量清除减少卡顿）
堆结构：
JVM：新生代（Eden+Survivor）+老年代
Dalvik：Zygote堆（共享）+Active堆（进程独享）
ART：四空间划分（Image预加载类+Large Object专存大对象）
移动端优化：
Dalvik：写时复制共享系统类（节省内存）
ART：AOT预编译减少运行时开销，并发GC降低STW至1次
性能指标：
卡顿：ART（5ms）< Dalvik（30ms）< JVM Full GC（100ms+）
内存利用率：ART > JVM > Dalvik（碎片问题）128