Dalvik虚拟机垃圾收集(GC)过程分析

Dalvik虚拟机垃圾收集（GC）过程分析前面我们分析了Dalvik虚拟机堆的创建过程，以及Java对象在堆上的分配过程。

这些知识都是理解Dalvik虚拟机垃圾收集过程的基础。

垃圾收集是一个复杂的过程，它要将那些不再被引用的对象进行回收。

一方面要求Dalvik虚拟机能够标记出哪些对象是不再被引用的。

另一方面要求Dalvik虚拟机尽快地回收内存，避免应用程序长时间停顿。

本文就将详细分析Dalvik虚拟机是如何解决上述问题完成垃圾收集过程的。

Dalvik虚拟机使用Mark-Sweep算法来进行垃圾收集。

顾名思义，Mark-Sweep算法就是为Mark和Sweep两个阶段进行垃圾回收。

其中，Mark阶段从根集（Root Set）开始，递归地标记出当前所有被引用的对象，而Sweep阶段负责回收那些没有被引用的对象。

在分析Dalvik虚拟机使用的Mark-Sweep算法之前，我们先来了解一下什么情况下会触发GC。

Dalvik虚拟机在三种情况下会触发四种类型的GC。

每一种类型GC使用一个GcSpec结构体来描述，它的定义如下所示：
[cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
struct GcSpec {
/* If true, only the application heap is threatened. */
bool isPartial;
/* If true, the trace is run concurrently with the mutator. */
bool isConcurrent;
/* Toggles for the soft reference clearing policy. */
bool doPreserve;
/* A name for this garbage collection mode. */
const char *reason;
};
这个结构体定义在文件dalvik/vm/alloc/Heap.h中。

GcSpec结构体的各个成员变量的含义如下所示：
isPartial: 为true时，表示仅仅回收Active堆的垃圾；为false时，表示同时回收Active堆和Zygote堆的垃圾。

isConcurrent: 为true时，表示执行并行GC；为false时，表示执行非并行GC。

doPreserve: 为true时，表示在执行GC的过程中，不回收软引用引用的对象；为false时，表示在执行GC的过程中，回收软引用引用的对象。

reason: 一个描述性的字符串。

Davlik虚拟机定义了四种类的GC，如下所示：
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/* Not enough space for an "ordinary" Object to be allocated. */
extern const GcSpec *GC_FOR_MALLOC;
/* Automatic GC triggered by exceeding a heap occupancy threshold. */
extern const GcSpec *GC_CONCURRENT;
/* Explicit GC via Runtime.gc(), VMRuntime.gc(), or SIGUSR1. */
extern const GcSpec *GC_EXPLICIT;
/* Final attempt to reclaim memory before throwing an OOM. */
extern const GcSpec *GC_BEFORE_OOM;
这四个全局变量声明在文件dalvik/vm/alloc/Heap.h中。

它们的含义如下所示：
GC_FOR_MALLOC: 表示是在堆上分配对象时内存不足触发的GC。

GC_CONCURRENT: 表示是在已分配内存达到一定量之后触发的GC。

GC_EXPLICIT: 表示是应用程序调用System.gc、VMRuntime.gc接口或者收到SIGUSR1信号时触发的GC。

GC_BEFORE_OOM: 表示是在准备抛OOM异常之前进行的最后努力而触发的GC。

实际上，GC_FOR_MALLOC、GC_CONCURRENT和GC_BEFORE_OOM三种类型的GC都是在分配对象的过程触发的。

在前面一文，我们提到，Dalvik虚拟机在Java堆上分配对象的时候，在碰到分配失败的情况，会尝试调用函数gcForMalloc进行垃圾回收。

函数gcForMalloc的实现如下所示：
[cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
static void gcForMalloc(bool clearSoftReferences)
{
......
const GcSpec *spec = clearSoftReferences ? GC_BEFORE_OOM : GC_FOR_MALLOC;
dvmCollectGarbageInternal(spec);
}
这个函数定义在文件dalvik/vm/alloc/Heap.cpp中。

参数clearSOftRefereces表示是否要对软引用引用的对象进行回收。

如果要对软引用引用的对象进行回收，那么就表明当前内存是非常紧张的了，因此，这时候执行的就是GC_BEFORE_OOM类型的GC。

否则的话，执行的就是GC_FOR_MALLOC类型的GC。

它们都是通过调用函数dvmCollectGarbageInternal来执行的。

在前面一文，我们也提到，当Dalvik虚拟机成功地在堆上分配一个对象之后，会检查一下当前分配的内存是否超出一个阀值，如下所示：
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void* dvmHeapSourceAlloc(size_t n)
{
......
HeapSource *hs = gHs;
Heap* heap = hs2heap(hs);
if (heap->bytesAllocated + n > hs->softLimit) {
......
return NULL;
}
void* ptr;
if (gDvm.lowMemoryMode) {
......
ptr = mspace_malloc(heap->msp, n);
......
} else {
ptr = mspace_calloc(heap->msp, 1, n);
......
}
countAllocation(heap, ptr);
......
if (heap->bytesAllocated > heap->concurrentStartBytes) {
......
dvmSignalCond(&gHs->gcThreadCond);
}
return ptr;
}
这个函数定义在文件dalvik/vm/alloc/HeapSource.cpp中。

函数dvmHeapSourceAlloc成功地在Active堆上分配到一个对象之后，就会检查Active堆当前已经分配的内存（heap->bytesAllocated）是否大于预设的阀值（heap->concurrentStartBytes）。

如果大于，那么就会通过条件变量gHs->gcThreadCond唤醒GC线程进行垃圾回收。

预设的阀值（heap->concurrentStartBytes）是一个比指定的堆最小空闲内存小128K的数值。

也就是说，当堆的空闲内不足时，就会触发GC_CONCURRENT类型的GC。

GC线程是Dalvik虚拟机启动的过程中创建的，它的执行体函数是gcDaemonThread，实现如下所示：。