davlik虚拟机内存管理之一——内存分配

转载自http://www.miui.com/thread-74715-1-1.html

dalvik虚拟机是Google在Android平台上的Java虚拟机的实现，内存管理是dalvik虚拟机中的一个重要组件。

从概念上来说，内存管理的核心就是两个部分：分配内存和回收内存。Java语言使用new操作符来分配内存，但是与C/C++等语言不同的是，Java语言并没有提供任何操作来释放内存，而是通过一种叫做垃圾收集的机制来回收内存。对于内存管理的实现，我们通过三个方面来加以分析：内存分配，内存回收和内存管理调试。本文就是这一系列文章的第一篇，分析dalvik虚拟机是如何分配内存的。

1. 对象布局

内存管理的主要操作之一是为Java对象分配内存，Java对象在虚拟机中的内存布局如下：

所有的对象都有一个相同的头部clazz和lock。
（1）clazz:clazz指向该对象的类对象，类对象用来描述该对象所属的类，这样可以很容易的从一个对象获取该对象所属的类的具体信息。
（2）lock:是一个无符号整数，用以实现对象的同步。
（3）data:存放对象数据，根据对象的不同数据区的大小是不同的。

2. 堆

堆是dalvik虚拟机从操作系统分配的一块连续的虚拟内存。heapBase是堆的起始地址，heapLimit是堆的最大地址，堆大小的最大值可以通过-Xmx选项或dalvik.vm.heapsize指定。在原生系统中，一般dalvik.vm.heapsize值是32M，在MIUI中我们将其设为64M。

3. 堆内存位图

在虚拟机中维护了两个对应于堆内存的位图，称为liveBits和markBits。

在对象布局中，我们看到对象最小占用8个字节。在为对象分配内存时要求必须8字节对齐。这也就是说，对象的大小会调整为8字节的倍数。比如说一个对象的实际大小是13字节，但是在分配内存的时候分配16字节。因此所有对象的起始地址一定是8字节的倍数。堆内存位图就是用来描述堆内存的，每一个bit描述8个字节，因此堆内存位图的大小是堆的64分之一。对于MIUI的实现来说，这两个位图各占1M。

liveBits的作用是用来跟踪堆中已分配的内存，每分配一个对象时，对象的内存起始地址对应于位图中的位被设为1。在下一篇垃圾收集中我们会进一步的分析liveBits和markBits这两个位图的作用。

4. 堆的内存管理

在dalvik虚拟机实现中，是通过底层的bionic C库的malloc/free操作来分配/释放内存的。bionic C库的malloc/free操作是基于DougLea的实现(dlmalloc)，这是一个被广泛使用，久经考验的C内存管理库，本文不展开dlmalloc的具体实现，有兴趣的读者请参考http://g.oswego.edu/dl/html/malloc.html。

5. dvmAllocObject

在dalvik虚拟机中，new操作符最终对应dvmAllocObject这个C函数。下面通过伪码的形式列出dvmAllocObject的实现。
Object*dvmAllocObject(ClassObject *clazz, int flags) {
        n = get object size from class object clazz
        first try: allocate n bytes from heap
        if first try failed {
                run garbage collector without collecting soft references
                second try: allocate n bytes from heap
        }
        if second try failed {
                third try: grow the heap and allocate n bytes from heap
                (注释：堆是虚拟内存，一开始并未分配所有的物理内存，只要还没有达到虚拟内存的最大值，可以通过获取更多物理内存的方式来扩展堆)
        }
        if third try failed {
                run garbage collector with collecting soft references
                fourth try: grow the heap and allocate n bytes from heap
        }
        if fourth try failed, return null pointer, dalvik vm will abort
}

可以看出，为了分配内存，虚拟机尽了最大的努力，做了四次尝试。其中进行了两次垃圾收集，第一次不收集SoftReference，第二次收集SoftReference。从中我们也可以看出垃圾收集的时机，实质上在dalvik虚拟机实现中有3个时机可以触发垃圾收集的运行：
（1）程序员显式的调用System.gc()
（2）内存分配失败时
（3）如果分配的对象大小超过384KB，运行并发标记(concurrent mark)，在下一篇文章中会介绍什么是并发标记

6.小结
在dalvik虚拟机中，内存分配操作的流程相对比较简单直观，从一个堆中分配可用内存，分配失败时触发垃圾收集，接下来的文章中我们仔细分析dalvik虚拟机的垃圾收集。