ART 运行时与 GC

ART（Android Runtime）在 Android 5.0 起取代 Dalvik，引入 AOT 编译并优化了垃圾回收。本章梳理 ART 的核心能力与 GC 方案。

一、ART 与 Dalvik 的区别

对比项	Dalvik	ART
编译方式	JIT（Just-In-Time）：解释字节码，运行时编译	AOT（Ahead-Of-Time）：安装时预编译字节码为机器语言
执行效率	需解释器逐条解释，效率低	移除解释过程，执行更高效、启动更快
安装验证	较宽松	更严格的安装时验证
占用空间	较小	安装后占用空间更大（预编译产物）

ART 引入预先编译机制：安装时使用设备自带的 dex2oat 工具编译应用，该工具接受 DEX 文件作为输入，为目标设备生成经过编译的应用可执行文件。

二、ART 的垃圾回收优化

GC 可能有损于应用性能，导致显示不稳定、界面响应缓慢。ART 通过以下方式优化 GC：

• 只有一次（而非两次）GC 暂停。
• 在 GC 保持暂停状态期间并行处理。
• 清理最近分配的短时对象时，总 GC 时间更短。
• 优化垃圾回收工效，能更及时地进行并行垃圾回收，GC_FOR_ALLOC 事件在典型用例中极为罕见。
• 压缩 GC 以减少后台内存使用和碎片。

三、ART GC 方案

ART 有多个不同的 GC 方案，默认方案是 CMS（并发标记清除），主要使用粘性 CMS 和部分 CMS：

方案	说明
粘性 CMS	ART 的不移动分代垃圾回收器，仅扫描堆中自上次 GC 后修改的部分，只能回收自上次 GC 后分配的对象
部分 CMS	处理部分堆的并发标记清除
堆压缩	应用进入后台或缓存状态时执行，减少碎片和内存使用

除了新的垃圾回收器，ART 还引入基于位图的新内存分配程序 RosAlloc（插槽运行分配器）：具有分片锁，分配规模较小时可添加线程本地缓冲区，性能优于 DlMalloc。

四、ART GC 与 Dalvik 的对比

对比项	Dalvik	ART
暂停次数	2 次	1 次（第一次根标记改为并发标记，线程标记自己的根后马上恢复）
暂停期间并发处理	少	Reference 处理、系统弱清除、重新标记非线程根、卡片预清理均并发进行
粘性回收器	无	粘性 CMS 增加 GC 吞吐量，年轻对象保存在分配堆栈中，不移动
移动回收器	无	引入移动 GC（同构空间压缩、半空间压缩），通过堆压缩减少后台内存

移动 GC 的两种方案

• 半空间压缩： 将对象在两个紧密排列的碰撞指针空间之间移动，适合小内存设备，可稍微多节省内存；但应用在前台时 CMS 不能从碰撞指针空间收集，需要再转换一次，可能引起较长暂停。
• 同构空间压缩： 将对象从一个 RosAlloc 空间复制到另一个 RosAlloc 空间，通过减少堆碎片减少内存使用，是目前非低内存设备的默认压缩模式；优势是前后台切换时无需堆转换。

五、开发和调试优化

• 支持采样分析器： 相比 Traceview 逐方法调用的开销，采样分析器不会明显减慢速度，分析更准确。
• 更多调试功能： 查看堆栈跟踪中保留的锁、跳转到持有锁的线程；询问指定类的当前活动实例数；过滤特定实例的事件等。
• 优化异常与崩溃报告： 提供 ClassCastException、ClassNotFoundException、NullPointerException 等更详细的异常信息。