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Android垃圾回收算法详解

news 2025/11/13 7:51:53

这是Android面试中的重要考点，涉及JVM内存管理和性能优化。

一、常见垃圾回收算法

1. 标记-清除算法 (Mark-Sweep)

工作原理：

第一步：标记 - 标记出所有需要回收的对象
第二步：清除 - 统一回收所有被标记的对象

优点：
实现简单
不需要移动对象
缺点：

❌ 产生内存碎片 - 大量不连续的内存碎片，可能导致大对象无法分配
❌ 效率不高 - 标记和清除两个过程效率都不高
❌ 需要暂停应用（Stop The World）

示意图：

回收前: [对象A][空闲][对象B][对象C][空闲][对象D]↓ 标记B和D为垃圾
回收后: [对象A][空闲][空闲][对象C][空闲][空闲]↑ 产生大量碎片

2. 标记-整理算法 (Mark-Compact)

工作原理：

第一步：标记 - 标记出所有需要回收的对象
第二步：整理 - 让所有存活对象向一端移动
第三步：清理 - 清理掉边界以外的内存

优点：
✅ 不产生内存碎片
✅ 内存利用率高

缺点：

❌ 需要移动对象，效率较低
❌ 需要更新所有引用指针
❌ 暂停时间较长

示意图：

回收前: [对象A][空闲][对象B][对象C][空闲][对象D]↓ 标记并整理
回收后: [对象A][对象C][空闲空闲空闲空闲空闲]↑ 连续的空闲空间

3. 复制算法 (Copying)

工作原理：

将内存分为两块相等的区域（From和To）
1. 只使用其中一块（From区）
2. 垃圾回收时，将From区存活对象复制到To区
3. 清空整个From区
4. 交换From和To的角色

优点：

✅ 效率高 - 只需遍历存活对象
✅ 不产生碎片 - 复制到To区时按顺序排列
✅ 分配内存简单 - 只需移动指针

缺点：

❌ 浪费50%内存空间
❌ 如果存活对象多，复制开销大
❌ 需要额外空间保证

示意图：

From区: [对象A][对象B][垃圾][对象C][垃圾]↓ 复制存活对象
To区:   [对象A][对象B][对象C][空闲空闲]↓ 交换角色
新From: [对象A][对象B][对象C][空闲空闲]
新To:   [空闲空闲空闲空闲空闲空闲空闲]

4. 分代收集算法 (Generational Collection)

核心思想：
根据对象存活周期将内存划分为几块，不同代采用不同的回收算法。

理论依据：

弱分代假说：大部分对象都是朝生夕死
强分代假说：熬过越多次GC的对象越难消亡

分代结构：
Java堆内存
├── 新生代 (Young Generation) - 占1/3堆空间
│ ├── Eden区 (8/10)
│ ├── Survivor From区 (1/10)
│ └── Survivor To区 (1/10)
└── 老年代 (Old Generation) - 占2/3堆空间

工作流程：

1. 新对象分配到Eden区
2. Eden区满时触发Minor GC- 存活对象复制到Survivor To区- From和To交换
3. 多次Minor GC后仍存活的对象晋升到老年代
4. 老年代满时触发Major GC/Full GC

各代使用的算法：

新生代 → 复制算法（对象存活率低，复制少量对象效率高）
老年代 → 标记-清除或标记-整理（对象存活率高，不适合复制）

二、Android采用的垃圾回收算法

Android的GC演进历史

当前主流：Concurrent Copying GC
核心特点：

✅ 并发复制 - 应用运行时并发进行GC
✅ 分代收集 - 区分年轻代和老年代
✅ 压缩整理 - 减少内存碎片
✅ 暂停时间短 - 典型暂停 < 10ms

工作原理：

年轻代收集（频繁）:
1. 使用半空间复制算法
2. Eden满时触发
3. 存活对象复制到Survivor或晋升到老年代老年代收集（不频繁）:
1. 并发标记阶段（应用运行中）
2. 短暂暂停阶段（标记根对象）
3. 并发复制阶段（移动对象，应用继续运行）
4. 清理阶段

三、Android为什么选择这种算法？

1. 移动设备的特殊需求

❌ 内存有限      → 需要高效内存利用
❌ 性能敏感      → 不能长时间暂停（避免卡顿）
❌ 电池约束      → GC不能过于频繁消耗电量
✅ 交互优先      → 必须保证流畅度（60fps）

2. 应用场景特点

Android应用特性：

大量短生命周期对象（View、Bitmap临时对象）
频繁的对象创建和销毁
用户交互对延迟非常敏感
分代收集的优势：

// Android典型场景
void onDraw(Canvas canvas) {Paint paint = new Paint();        // 短生命周期对象canvas.drawText("Hello", paint);  // 用完即丢
}
// ↓
// 这些对象在Minor GC中快速回收，不影响UI流畅度