Android 仮想マシンのガベージコレクション分析、読み終わったらシンプルでわかりやすい

Android 仮想マシンのガベージコレクションの原則

Android 仮想マシンは Java ベースの Dalvik 仮想マシンを使用し、そのガベージコレクションメカニズムは Java 仮想マシンのメカニズムと似ています。Dalvik 仮想マシンでのガベージコレクションは、世代別ガベージコレクションと同時ガベージコレクションの 2 つの方法に分けられます。

まず、Dalvik 仮想マシンは世代別ガベージコレクションメカニズムを使用して、すべての Java オブジェクトを 3 つの世代 (Young Generation、Old Generation、および Permanent Generation) に分割します。オブジェクトが作成されると、Young Generation に割り当てられます。Young Generation のオブジェクトの場合、メモリが不足すると、マイナー GC (Young Generation ガベージコレクション) がトリガーされます。マイナー GC は、若い世代のオブジェクトのみをスキャンし、到達不能なオブジェクトをすべて消去して、残りのオブジェクトを古い世代に移動します。

旧世代のオブジェクトの場合、メモリが不足すると、メジャー GC (旧世代のガベージコレクション) がトリガーされます。メジャー GC は、ヒープ全体のすべてのオブジェクトをスキャンし、到達不能なオブジェクトをすべてクリーンアップして、残りのオブジェクトを古い世代に保持します。Permanent Generation は、静的オブジェクトと定数を格納するために使用される領域であり、ガベージコレクションには参加しません。

世代別ガベージコレクションに加えて、Dalvik 仮想マシンは、マークスイープアルゴリズムに基づく同時ガベージコレクションメカニズムも使用します。このリサイクルメカニズムは、システムが正常に動作しているときにガベージコレクション操作を実行できます。1 つ目は、すべての到達不能オブジェクトをマークすることによるマーキングフェーズです。到達不能なオブジェクトは、クリーンアップフェーズで再利用されます。

Java メモリと非 Java メモリのガベージコレクション

Android 仮想マシンのガベージコレクションメカニズムは 2 つの部分で構成されています

Java メモリのガベージコレクション

Javaメモリのガベージコレクションには、主に世代別ガベージコレクションと並行ガベージコレクションがあります。

世代別ガベージコレクション: Java の世代別ガベージコレクションメカニズムは、メモリをさまざまな領域に分割し、各領域はさまざまな年齢のオブジェクトを管理します。若い世代の領域では、ガベージコレクションによってプログラムが停止することはありませんが、古い世代の領域では、ガベージコレクションによってプログラムが停止する可能性があります。ガベージコレクションは、領域のメモリ使用量が制限を超えるとトリガーされます。

コンカレントガベージコレクション: コンカレントガベージコレクションは、アプリケーションの正常な実行中にオペレーティングシステムと同時に実行されるガベージコレクションメカニズムです。コンカレントガベージコレクション中に、仮想マシンはスレッドを開始して未使用のオブジェクトをマークおよびクリーンアップし、メモリ領域を解放します。

Java 以外のメモリのガベージコレクション

Java オブジェクトに加えて、Android アプリケーションは、Bitmap、JNI オブジェクト、およびリソースなど、Java 以外のメモリも大量に使用します。これらのオブジェクトは Java ガベージコレクションメカニズムによって管理されないため、処理には特別なガベージコレクションメカニズムが必要です。

Java 以外のメモリのガベージコレクションでは、主に Bitmap のリサイクルが含まれます。ビットマップは多くのメモリを占有するオブジェクトであり、不適切な使用はメモリの問題を簡単に引き起こす可能性があります。Android には、Bitmap オブジェクトが占有するメモリ領域を解放するための bitmap.recycle() メソッドが用意されています。アプリケーションを終了する前にすべてのビットマップを手動でリサイクルすると、メモリリークやアプリケーションのクラッシュなどの問題を回避できます。

一般に、Android 仮想マシンのガベージコレクションメカニズムは、Java メモリと非 Java メモリのガベージコレクションメカニズムを通じてメモリを効果的に管理し、システムのパフォーマンスと安定性を向上させることです。実際のアプリケーションでは、メモリリークやアプリケーションのクラッシュなどの問題を回避するために、プログラマは実際のニーズに応じてメモリとガベージコレクションのメカニズムを合理的に使用する必要があります。

Android仮想マシンに基づくガベージコレクションの実際のコード

java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private String[] arr = new String[10000];
    private TextView textView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        textView = findViewById(R.id.textView);

        for (int i=0; i<10000; i++) {
            arr[i] = Integer.toString(i);
        }
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        updateUI();
    }

    private void updateUI() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

        for (String s : arr) {
            stringBuilder.append(s).append("\n");
        }

        textView.setText(stringBuilder.toString());
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();

        //手动调用垃圾回收机制
        System.gc();
    }
}

このコードは、サイズが 10000 の文字列配列を作成し、onResume メソッドで UI を更新し、最後に onDestroy メソッドでガベージコレクションメカニズムを手動で呼び出すことができます。この例では、UI が更新されるたびに、新しい StringBuilder オブジェクトが作成され、配列内の文字列がループによって連結されます。ガベージコレクションメカニズムを手動で呼び出さないと、これらの未使用の StringBuilder オブジェクトと文字列オブジェクトが常にメモリを占有するため、メモリリークやアプリケーションのクラッシュが発生する可能性があります。ガベージコレクションメカニズムを手動で呼び出すことにより、これらの到達不能オブジェクトをクリアし、メモリ空間を解放して、アプリケーションの安定性とパフォーマンスを保証できます。

要約する

Android 仮想マシンのガベージコレクションメカニズムの動作プロセスは、主に次の段階に分けられます。

メモリ割り当てフェーズ: アプリケーションが新しいクラスをロードするか、新しいオブジェクトを作成する必要がある場合、Android 仮想マシンは必要に応じてメモリ領域を動的に割り当てます。
世代別リサイクルフェーズ: Android 仮想マシンは、世代別ガベージコレクションメカニズムを採用して、メモリを異なる世代に分割します. 異なる世代のオブジェクトライフサイクルに従って、メモリの使用を最適化するために、リサイクルのために異なるガベージコレクション戦略が選択されます.
同時マーキングフェーズ: アプリケーションが正常に実行されている場合、Android 仮想マシンはスレッドを開始して、ヒープメモリを同時にマークし、後続のクリーニング操作のために残りのオブジェクトをマークします。
コンカレントクリーニングフェーズ:コンカレントマーキングフェーズが終了すると、仮想マシンはスレッドを開始して到達不能オブジェクトをクリーンアップし、メモリ領域を再利用します。
物理メモリ圧縮ステージ: メモリ使用量が高すぎる場合、Android 仮想マシンは物理メモリ圧縮ステージを開始して、メモリスペースを解放し、メモリの断片化を減らします。