davlik虚拟机内存管理之一——内存分配

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。

链接:http://www.miui.com/forum-viewthread-tid-74715-extra-%26page%3D1-page-1.html

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对的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以分配的内存，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bionicC 库的malloc/free 操作来分配/ 释放内存的。bionicC 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 form 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 hap 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。

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