ART虚拟机GC系统优化研究
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的方 式优化 Ｇ Ｃ系 统 性 能 ，最 后 测 试 多组应 用程 序对 比优 化 前后 在
Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ 髓
Ｇ ｃ 次数 、暂停 时间和 Ｇ ｃ 总时间等 方 面的 差异 。整体 平 均暂停 时间
相 较 于优化 前 降低 ２ ０ ％以 上 ， 而 平均Ｇ ｃ总 次 数 减 少 ５次 以 上 ， 证 明 本 文 实 验 条 件 下 动 态 设 置 堆 利 用率 的方式优化 Ｆ ｕ １ １ Ｇ Ｃ对 Ｇ ｃ系 统性能的提 高是有效的。
Ｄ ａ ｔ ａ Ｂ ａ ｓ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ・ 数据库技术
Ａ Ｒ Ｔ虚拟机 Ｇ Ｃ系统优化研 究
文／ 张加 帅
表 １ ：Ｇ Ｃ 算法 对 比
Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ系 统 中 虚 拟 机 通 过 提 供 垃 圾 回 收机 制 （ Ｇ ａ ｒ ｂ ａ ｇ ｅ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｇ Ｃ） 实 现 自 动 内 存
来自百度文库
管 理，但 是 这一机 制 在 简化应 用 开发 人 员 内存 管理 负担 、避免 内 存 泄漏 问题 的 同时也 给 系统 带来 了内存 驻 留、响 应 延迟 、并发 阻 碍 等 负面影 响 Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ ５ ． ０以 后 ，Ｇ ｏ ｏ ｇ １ ｅ 用Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟机 替 换 掉
记一 清 除算法 （ Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ ＧＣ）、复制 算法 （ Ｃｏ ｐ ｙ ｉ ｎ ｇ ＧＣ） 、 标记 一 合并算法 （ Ｍａ ｒｋ － Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ
Ｇ Ｃ ），后面 三种算 法属 于追踪 式算法 ，如表 Ａ Ｒ Ｔ虚 拟 机 Ｇ Ｃ子 系 统 对 Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ系 统 和上层应用 程序 的稳定性和流畅性具有非常大
Ｄ ａ ｌ ｖ ｉ ｋ虚 拟 机 ， 为 了 更 好 地 利 用
Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 自 动内 存 管理的特性 ， 应用开发人 员有 必要 深入理解 Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟机 垃圾 回 收机 制 的 实现 。本 文从 Ｇ ｃ 算 法和堆分 配过程研 究 了 Ａ Ｒ Ｔ虚 拟机 Ｇ Ｃ系统 ，本 文提 出的 动态设置堆利用率以减 少 Ｆ ｕ １ １ Ｇ Ｃ
Ｆ ｕ ｌ ｌ Ｇ Ｃ的方 式优 化 Ｇ Ｃ系 统性 能，最后测 试
Ｇ Ｃ 。应用 在 前 台时候 设置 Ｇ Ｃ采 用 Ｍａ ｒ ｋ －
Ｓ ｗｅ ｅ ｐ算法 ，应用运 行在后 台时候设置 Ｇ Ｃ采 用Ｓ ｅ ｍｉ ． Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ算法 。本 文主 要 关注运 行 在前
Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ在 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ进 程和 应 用 程 序 进 程 之 间共 享，存 放 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ 进 程所 需 的预加 载 的 类 、资源 和对 象，它 是 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ进程 在 ｆ ｏ ｒ ｋ第
一
多组应用程序对 比优化 前后在 Ｇ Ｃ次数、暂停
时 间和 ＧＣ总时间等方面的差异。
台的 Ｍａ ｒ ｋ ． Ｓ ｗ ｅ ｅ ｐ算法的执行性能。
Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ：它 的 大 致思 想是 ，将 所有 的对象在 内存 中的位置记录在位 图Ａ中。 然后 ， 从所有对 象的根 出发 ， 扫描根对象 的所有 引用 ， 扫描根 对象的所有引用的引用 ，一层层逐级扫 描，直到叶子节点的对象 。在这个逐级扫描 的
１垃圾 回收机制
１ ． １堆 内存 的对 象分配和释放
ＡＲ Ｔ虚 拟机 实现 的垃圾 回收机 制 是一种
个应 用程 序 时候 从 Ｎｏ ｎ － Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ划分
出来 的。Ｎ ｏ ｎ － Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 是用来存放不 需要
移动 的对 象的，有些对象例如类对象、类方法
的影 响 。本 文提 出 的 动 态 设 置 堆 利 用 率 以减 少 １ 所示 。
Ｓ ｗｅ 印 ＧＣ堆结 构分 ６个 区域， 分别 为 Ｉ ｍａ ｇ ｅ
Ｓｐ ａ ｃ ｅ ， Ｚｙ ｇｏ ｔ ｅ Ｓｐ ａ ｃ ｅ ，Ｎｏ ｎ — Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓｐ ａ ｃ ｅ ，
ＡＲ Ｔ虚拟 机 默认 的两种 垃圾 回收 技术 ，
图１ ：Ｍ ａ ｒ ｋ — Ｓ ｗ ｅ ｅ ｐ Ｇ Ｃ堆 空 间结 构
或 溢 出 的 问题 ， 如果 开 发人 员 不 了 解 虚 拟 机 内
１ ． ３ Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟 机 的 堆 结 构
存管理机制 ，那 么解 决这类 问题就变得棘手 。 堆 （ Ｈ ｅ ａ ｐ ）可 以是 由字构成的连续数组 ， １ ． ２ Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 的Ｇ ｃ 算法 Ｊ ａ ｖ ａ垃圾 回收机 制采用的主流 Ｇ Ｃ算法包
和 类 成 员 变量 对 象 一 经 加 载 后 ， 就 基 本 一 直 存
在 ，频 繁的移动此类对象代价较大且没必要 。
ａ ｒ ｇ ｅ Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 是用来分配大对 象的，当分 自动内存管理机制，对象分配和收集都在堆上 过 程中，将涉及到的对象的位置都记录在位 图 Ｌ 配的原子类型数组的大小大于 ３个 内存页 时， 进 行。传 统的 Ｃ， Ｃ ＋ ＋是没有 ＧＣ的，初始化对 Ｂ中 。扫描结束后 ，对 比两张位 图 Ａ和 Ｂ：所 就把 此对 象分 配在 Ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ中 。其 象然后分配 内存 空间需要手动地 ｍａ ｌ ｌ ｏ ｃ ／ ｎ ｅ ｗ， 有 Ａ 中置位 的位 置， 却没有 Ｂ中被置 位 ，被 他 的对 象就分配在 Ｍａ ｉ ｎ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ中 当需要 销毁对 象时 候需要 手动地 ｆ ｒ ｅ ｅ ／ ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ 。 视 为垃圾 。 并根据位 图中的索 引检索得到对象 ， 内存 管理使用这种模式导致至少两个 明显 的问 题：指针悬挂和 内存泄漏 。而采用 了垃圾 回收
也可 以组 织成 不连续 、由字构成的块的集合 ，
与数据结构 中堆 的概念 不同，内存管理中的堆 用来存放各种用户或 系统申请 的数据对象，在 内存 中占据非常 大的空间，因此也常将堆空间 用 内存来代替 。
如 图 １所 示 ，ＡＲ Ｔ 虚 拟 机 中 Ｍａ ｒｋ ．
括 ：引用计数算 法 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ）、标 【 关键词 】Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 Ｇ ｃ系统 堆利用率
一
种 是 Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ ，另 一 种 是 Ｓ ｅ ｍｉ ． Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ
Ｌ ｒｇ ａ ｅ Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 、Ｍａ ｉ ｎ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ以 及 Ｂａ ｃ ｋ ｕ ｐ
Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 。Ｉ ｍａ ｇ ｅ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ存 放 预 加 载 的 系 统 类 对 象 ，
Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ 髓
Ｇ ｃ 次数 、暂停 时间和 Ｇ ｃ 总时间等 方 面的 差异 。整体 平 均暂停 时间
相 较 于优化 前 降低 ２ ０ ％以 上 ， 而 平均Ｇ ｃ总 次 数 减 少 ５次 以 上 ， 证 明 本 文 实 验 条 件 下 动 态 设 置 堆 利 用率 的方式优化 Ｆ ｕ １ １ Ｇ Ｃ对 Ｇ ｃ系 统性能的提 高是有效的。
Ｄ ａ ｔ ａ Ｂ ａ ｓ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ・ 数据库技术
Ａ Ｒ Ｔ虚拟机 Ｇ Ｃ系统优化研 究
文／ 张加 帅
表 １ ：Ｇ Ｃ 算法 对 比
Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ系 统 中 虚 拟 机 通 过 提 供 垃 圾 回 收机 制 （ Ｇ ａ ｒ ｂ ａ ｇ ｅ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｇ Ｃ） 实 现 自 动 内 存
来自百度文库
管 理，但 是 这一机 制 在 简化应 用 开发 人 员 内存 管理 负担 、避免 内 存 泄漏 问题 的 同时也 给 系统 带来 了内存 驻 留、响 应 延迟 、并发 阻 碍 等 负面影 响 Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ ５ ． ０以 后 ，Ｇ ｏ ｏ ｇ １ ｅ 用Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟机 替 换 掉
记一 清 除算法 （ Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ ＧＣ）、复制 算法 （ Ｃｏ ｐ ｙ ｉ ｎ ｇ ＧＣ） 、 标记 一 合并算法 （ Ｍａ ｒｋ － Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ
Ｇ Ｃ ），后面 三种算 法属 于追踪 式算法 ，如表 Ａ Ｒ Ｔ虚 拟 机 Ｇ Ｃ子 系 统 对 Ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ系 统 和上层应用 程序 的稳定性和流畅性具有非常大
Ｄ ａ ｌ ｖ ｉ ｋ虚 拟 机 ， 为 了 更 好 地 利 用
Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 自 动内 存 管理的特性 ， 应用开发人 员有 必要 深入理解 Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟机 垃圾 回 收机 制 的 实现 。本 文从 Ｇ ｃ 算 法和堆分 配过程研 究 了 Ａ Ｒ Ｔ虚 拟机 Ｇ Ｃ系统 ，本 文提 出的 动态设置堆利用率以减 少 Ｆ ｕ １ １ Ｇ Ｃ
Ｆ ｕ ｌ ｌ Ｇ Ｃ的方 式优 化 Ｇ Ｃ系 统性 能，最后测 试
Ｇ Ｃ 。应用 在 前 台时候 设置 Ｇ Ｃ采 用 Ｍａ ｒ ｋ －
Ｓ ｗｅ ｅ ｐ算法 ，应用运 行在后 台时候设置 Ｇ Ｃ采 用Ｓ ｅ ｍｉ ． Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ算法 。本 文主 要 关注运 行 在前
Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ在 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ进 程和 应 用 程 序 进 程 之 间共 享，存 放 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ 进 程所 需 的预加 载 的 类 、资源 和对 象，它 是 Ｚ ｙ ｇ ｏ ｔ ｅ进程 在 ｆ ｏ ｒ ｋ第
一
多组应用程序对 比优化 前后在 Ｇ Ｃ次数、暂停
时 间和 ＧＣ总时间等方面的差异。
台的 Ｍａ ｒ ｋ ． Ｓ ｗ ｅ ｅ ｐ算法的执行性能。
Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ：它 的 大 致思 想是 ，将 所有 的对象在 内存 中的位置记录在位 图Ａ中。 然后 ， 从所有对 象的根 出发 ， 扫描根对象 的所有 引用 ， 扫描根 对象的所有引用的引用 ，一层层逐级扫 描，直到叶子节点的对象 。在这个逐级扫描 的
１垃圾 回收机制
１ ． １堆 内存 的对 象分配和释放
ＡＲ Ｔ虚 拟机 实现 的垃圾 回收机 制 是一种
个应 用程 序 时候 从 Ｎｏ ｎ － Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ划分
出来 的。Ｎ ｏ ｎ － Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 是用来存放不 需要
移动 的对 象的，有些对象例如类对象、类方法
的影 响 。本 文提 出 的 动 态 设 置 堆 利 用 率 以减 少 １ 所示 。
Ｓ ｗｅ 印 ＧＣ堆结 构分 ６个 区域， 分别 为 Ｉ ｍａ ｇ ｅ
Ｓｐ ａ ｃ ｅ ， Ｚｙ ｇｏ ｔ ｅ Ｓｐ ａ ｃ ｅ ，Ｎｏ ｎ — Ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｓｐ ａ ｃ ｅ ，
ＡＲ Ｔ虚拟 机 默认 的两种 垃圾 回收 技术 ，
图１ ：Ｍ ａ ｒ ｋ — Ｓ ｗ ｅ ｅ ｐ Ｇ Ｃ堆 空 间结 构
或 溢 出 的 问题 ， 如果 开 发人 员 不 了 解 虚 拟 机 内
１ ． ３ Ａ Ｒ Ｔ 虚 拟 机 的 堆 结 构
存管理机制 ，那 么解 决这类 问题就变得棘手 。 堆 （ Ｈ ｅ ａ ｐ ）可 以是 由字构成的连续数组 ， １ ． ２ Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 的Ｇ ｃ 算法 Ｊ ａ ｖ ａ垃圾 回收机 制采用的主流 Ｇ Ｃ算法包
和 类 成 员 变量 对 象 一 经 加 载 后 ， 就 基 本 一 直 存
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ａ ｒ ｇ ｅ Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 是用来分配大对 象的，当分 自动内存管理机制，对象分配和收集都在堆上 过 程中，将涉及到的对象的位置都记录在位 图 Ｌ 配的原子类型数组的大小大于 ３个 内存页 时， 进 行。传 统的 Ｃ， Ｃ ＋ ＋是没有 ＧＣ的，初始化对 Ｂ中 。扫描结束后 ，对 比两张位 图 Ａ和 Ｂ：所 就把 此对 象分 配在 Ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ中 。其 象然后分配 内存 空间需要手动地 ｍａ ｌ ｌ ｏ ｃ ／ ｎ ｅ ｗ， 有 Ａ 中置位 的位 置， 却没有 Ｂ中被置 位 ，被 他 的对 象就分配在 Ｍａ ｉ ｎ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ中 当需要 销毁对 象时 候需要 手动地 ｆ ｒ ｅ ｅ ／ ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ 。 视 为垃圾 。 并根据位 图中的索 引检索得到对象 ， 内存 管理使用这种模式导致至少两个 明显 的问 题：指针悬挂和 内存泄漏 。而采用 了垃圾 回收
也可 以组 织成 不连续 、由字构成的块的集合 ，
与数据结构 中堆 的概念 不同，内存管理中的堆 用来存放各种用户或 系统申请 的数据对象，在 内存 中占据非常 大的空间，因此也常将堆空间 用 内存来代替 。
如 图 １所 示 ，ＡＲ Ｔ 虚 拟 机 中 Ｍａ ｒｋ ．
括 ：引用计数算 法 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ）、标 【 关键词 】Ａ Ｒ Ｔ 虚拟机 Ｇ ｃ系统 堆利用率
一
种 是 Ｍａ ｒ ｋ － Ｓ ｗｅ ｅ ｐ ，另 一 种 是 Ｓ ｅ ｍｉ ． Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ
Ｌ ｒｇ ａ ｅ Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 、Ｍａ ｉ ｎ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ以 及 Ｂａ ｃ ｋ ｕ ｐ
Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 。Ｉ ｍａ ｇ ｅ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ存 放 预 加 载 的 系 统 类 对 象 ，