android要如何进行内存管理(android,开发技术)

Java Heap，也就是 JVM 中的堆区。简单回顾一下 JVM 中运行时数据区域的划分：

橙色区域的方法栈以及程序计数器属于线程私有，主要存储方法中的局部数据。

方法区主要存储常量以及类信息，线程共享。

堆区主要负责存储创建的对象，几乎一切对象的内存都在堆区中分配，同时也是线程共享。

我们在 android 程序中使用如 Object o = new Object() 代码创建的对象都会在堆区中分配一块内存进行存储，具体如何分配由虚拟机解决而不需要我们开发者干预。当一个对象不再使用时， JVM 中具有垃圾回收机制（GC），会自动释放堆区中无用的对象，重新利用内存。当我们请求分配的内存已经超过堆区的内存大小，则会抛出 OOM 异常。

在 android 中，堆区是一个由 JVM 逻辑划分的区域，他并不是真正的物理区域。堆区并不会直接全部映射和他等量大小的物理内存，而是到了需要使用时，才会去建立逻辑地址和物理地址的映射：

这样可以给应用分配足够的逻辑内存大小，同时也不必在启动时一次性分配一大块的物理内存。在相同大小的内存中，可以运行更多的程序。

当堆区进程 GC 之后，释放出来多余的空闲内存，会返还给系统，减少物理内存的占用。但这个过程涉及到比较复杂的系统调用，若释放的内存较为少量，可能得不偿失，则无需返还给系统，在堆区中继续使用即可。

在 GC 过程中，如果一个对象不再使用，但是其所占用的内存无法被释放，导致资源浪费，这种现象称为内存泄漏。内存泄露会导致堆区中的对象越来越多，内存的压力越来越大，甚至出现 OOM 。因此，内存泄露是我们必须要尽量避免的现象。

堆区的内存分配，属于进程内的内存分配，由进程自己管理。下面讲一个应用，系统是如何为其分配内存的。

系统的运行内存，即为我们常说的 RAM ，是应用的运行空间。每个应用必须装入内存中才可以被执行：

我们安装的应用进程都位于硬盘中

当一个应用被执行时，需要装入到 RAM 中才能被执行（zRAM 是为了压缩数据节省空间而设计，后续会讲到）

CPU 与 RAM 交互，读取指令、数据、写入数据等

RAM 的大小为设备的硬件内存大小，是非常宝贵的资源。现代手机常见的运存是6G、8G或者12G，一些专为游戏研发的手机甚至有18G，但同时价格也会跟上去。

Android 采用分页存储的方式把一个进程存储到 RAM 中。分页存储，简单来说就是把内存分割成很多个小块，每个应用占用不同的小块，这些小块也可以称为页：

前面讲到，进程的堆区并不是一次性分配，当需要分配内存时，系统会为其分配空闲的页；当这些页被回收，那么有可能被返还到系统中。

这里的页、块概念涉及到操作系统的分页存储，这里并不打算展开详细讲解，有兴趣的读者可以自行了解：分页存储-维基百科。本文中的“页”与“块”可以不严谨地理解为同个概念，为了帮助理解这里不进行详细地区分。

分配给进程的页可以分为两种类型：干净页、脏页：

干净页：进程从硬盘中读取数据或申请内存之后未进行修改。这种类型的页面在内存不足的时候可以被回收，因为页中存储的数据可通过其他的途径复原。

脏页：进程对页中的数据进行了修改或数据存储。这类页面不能被直接回收，否则会造成数据丢失，必须先进行数据存储。

zRAM，是作为 RAM 中的一个分区，当内存不足时，可以把一些类型的页压缩之后存储在zRAM中，当需要使用的时候再从zRAM中调出。通过压缩来节省应用的空间占用，同时不需要与硬盘进行调度，提高了速度。

这里需要理解的一个点是：内存中的操作速度要远远比硬盘操作快。即使与zRAM的调入和调出需要压缩和解压，其速度也是比与硬盘交互快得多。

前面我们一直强调，移动设备的内存容量是非常有限的，需要我们非常谨慎地去使用它。幸运的是，JVM 和 android 系统早就帮我们想到了这一点。

面对不同的内存压力，android 会有不同的应对策略。从低到高依次是 GC、内核交换守护进程释放内存、低内存终止守护进程杀死进程释放内存；他们的代价也是逐步上升。下面我们依个来介绍一下。

GC 属于 JVM 内部的内存管理机制，他管理的内存区域是堆区。当我们创建的对象越来多，堆区的压力越来越大时，GC 机制就会启动，开始回收堆区中的垃圾对象。

辨别一个对象是否是垃圾，虚拟机采用的是可达性分析法。即从一些确定活跃有用的对象出发，向下分析他的引用链；如果一个对象直接或者间接这些对象所引用，那么他就不是垃圾，否则就是垃圾。这些确定活跃有用的对象称为 GC Roots：

如上图，其中绿色的对象被 GC Roots 直接或间接引用，则不会被回收；灰色的对象没有被引用则被标记为垃圾
GC Roots对象的类型比较常见的是静态变量以及栈中的引用。静态变量比较好理解，他在整个进程的执行期间不会被回收，因此他肯定是有用的。栈，这里指的是 JVM 运行数据区域中的方法栈，也就是局部变量引用，在方法执行期间肯定是活跃的。由于方法栈属于线程私有，因此这里等于活跃线程持有的对象不会被回收。

因此，如果一个对象对于我们的程序不再使用，则必须解除 GC Roots 对其的引用，否则会造成内存泄露。例如，不要把 activity 赋值给一个静态变量，这样会导致界面退出时activity无法被回收。

GC 也并不是直接对整个堆区进行回收，而是将堆区中的对象分成两个部分：新生代、老年代。

刚创建的对象大都会被回收，而在多次回收中存活的对象则后续也很少被回收。新生代中存储的对象主要是刚被创建不久的对象，而老年代则存储着那些在多次 GC 中存活的对象。那么我们可以针对这些不同特性的对象，执行不同的回收算法来提高GC性能：

对于新创建的对象，我们需要更加频繁地对他们进行GC来释放内存，且每次只需要记录需要留下来的对象即可，而不必要去标记其他大量需要被回收的对象，提高性能。

对于熬过很多次GC的对象，则可以以更低的频率对他门进行GC，且每次只需要关注少量需要被回收的对象即可。

具体的垃圾回收算法就不继续展开了，了解到这里就可以。感兴趣的读者可以阅读相关书籍。

单次的垃圾回收速度是很快的，甚至我们都无法感知到。但当内存压力越来越大，垃圾回收的速度跟不上内存分配的速度，此时就会出现内存分配等待 GC 的情况，也就是发生了卡顿。同时，我们无法控制 GC 的时机，JVM 有一套完整的算法来决定什么时候进行 GC。假如在我们滑动界面的时候触发 GC ，那么展示出来的就是出现了掉帧情况。因此，做好内存优化，对于 app 的性能表现非常重要。

GC 是针对于 Java 程序内部进行的优化。对于移动设备来说，RAM 非常宝贵，如何在有限的 RAM 资源上进行分配内存，也是一个非常重要的话题。

我们的应用程序都运行在 RAM 中，当进程不断申请内存分配，RAM 的剩余内存达到一定的阈值时，会启动内核交换守护进程来释放内存以满足资源的分配。

内核交换守护进程，是运行在系统内核的一个进程，他主要的工作时回收干净页、压缩页等操作来释放内存。前面讲到，android 是基于分页存储的操作系统，每个进程都会被存储到一些页中。分页的类型有两种：干净页、脏页：

当内核交换守护进程启动时，他会把干净页回收以释放内存。当进程再次访问干净页时，则需要去硬盘中再次读取。

对于脏页，内核交换守护进程会把他们压缩后放入 zRAM 中。当进程访问脏页时，则需要从zRAM中解压出来。

通过不断回收和压缩分页的方式来释放内存，以满足新的内存请求。使用此方式释放的内存也无法满足新的内存请求时，android 会启动低内存终止守护进程，来终止一些低优先级的进程。

当 RAM 的被占用内存达到一定的阈值，android 会根据进程的优先级，终止部分进程来释放内存。当低内存终止守护进程启动时，说明系统的内存压力已经非常大了，这在一些性能较差的设备中经常出现。

进程的优先级从高到低排序如下，优先级更高的进程会优先被终止：

从上到下依次是：

后台应用：使用过的 app 会被缓存在后台，下一次打开可以更加快速地进行切换。当内存不足时，此类应用会最快被杀死。

上一个应用：例如从微信跳转到浏览器，此时微信就是上一个应用。

主屏幕应用：这是启动器应用，也就是我们的桌面。如果这个进程被kill了，那么返回桌面时会暂时黑屏。

服务：同步服务、上传服务等等

可觉察的应用：例如正在播放的音乐软件，他可以被我们感知到，但是不在前台。

前台应用：当前正在使用的应用，如果这个应用被kill了，需要向用户报崩溃异常，此时的体验是极差的。

持久性（服务）：这些是设备的核心服务，例如电话和 WLAN。

系统：系统进程。这些进程被终止后，手机可能即将重新启动，就像手机突然卡死重启。

原生：系统使用的极低级别的进程，例如我们的内核交换守护进程。

当内存不足，会按照上面的规则，从上到下来终止进程，获得内存资源。这也就是为什么在 android 中我们的后台应用一直被杀死。为了避免我们的应用被优化，内存优化就显得非常重要了。