JVM、Dalvik、ART垃圾回收机制

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

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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

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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

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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

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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：

1. 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）

2. 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）

3. 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

4. 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

Q：ART如何实现高效GC？

A： 四大关键技术：

1. 并发标记：通过ModUnionTable记录引用变更，标记阶段仅需1次STW

2. 增量清除：回收过程与应用线程并行

3. 堆分区：Large Object Space隔离大对象，减少年轻代压力

4. AOT预编译：安装时生成机器码，减少运行时解释开销