1# GC垃圾回收 2 3GC（全称 Garbage Collection），即垃圾回收。在计算机领域，GC就是找到内存中的垃圾，释放和回收内存空间。当前主流编程语言实现的GC算法主要分为两大类：引用计数和对象追踪（即Tracing GC）。ArkTS运行时基于分代模型（年轻代/老年代），混合使用引用计数和对象追踪算法，并行并发化执行GC任务，从而实现不同场景下的高性能内存回收表现。 4 5在ArkTS中，数据类型分为两类，简单类型和引用类型。简单类型内容直接保存在栈（Stack）中，由操作系统自动分配和释放。引用类型保存在堆（heap）中，需要引擎进行手动释放。GC就是针对堆空间的内存自动回收的管理机制。 6 7## Heap结构及其配置参数 8 9### Heap结构 10 11 12 13- SemiSpace：年轻代（Young Generation），存放新创建出来的对象，存活率低，主要使用copying算法进行内存回收。 14- OldSpace：老年代（Old Generation），存放年轻代多次回收仍存活的对象会被复制到该空间，根据场景混合多种算法进行内存回收。 15- HugeObjectSpace：大对象空间，使用单独的region存放一个大对象的空间。 16- ReadOnlySpace：只读空间，存放运行期间的只读数据。 17- NonMovableSpace：不可移动空间，存放不可移动的对象。 18- SnapshotSpace：快照空间，转储堆快照时使用的空间。 19- MachineCodeSpace：机器码空间，存放程序机器码。 20 21注：每个空间会有一个或多个region进行分区域管理，region是空间向内存分配器申请的单位。 22 23### 相关参数 24 25> **注意：** 26> 27> 以下参数未提示可配置的均为不可配置项，由系统自行设定。 28 29以下参数值有多个阶段划分的对应heap总大小64MB-128MB/128MB-256MB/大于256MB三个阶段的范围情况，剩余内存空间充足的情况下默认均为第三段大于256MB情况。 30 31#### Semi Space 32 33heap中会生成两个Semi Space供copying使用。 34 35| 参数名称 | 范围 | 作用 | 36| --- | --- | :--- | 37| semiSpaceSize | 2MB-4MB/2MB-8MB/2MB-16MB | semispace空间大小，会根据堆总大小有不同的范围限制 | 38| semiSpaceTriggerConcurrentMark | 1M/1.5M/1.5M| 首次单独触发Semi Space的并发mark的界限值，超过该值则触发 | 39| semiSpaceStepOvershootSize| 2MB | 允许过冲最大大小 | 40 41#### 其他空间 42 43| 参数名称 | 范围 | 作用 | 44| --- | --- | :--- | 45| defaultReadOnlySpaceSize | 256 KB | ReadOnlySpace默认空间大小 | 46| defaultNonMovableSpaceSize | 2 MB/6 MB/64 MB | NonMovableSpace默认空间大小| 47| defaultSnapshotSpaceSize | 512 KB/512 KB/ 4 MB | SnapshotSpace默认空间大小| 48| defaultMachineCodeSpaceSize | 2 MB/2 MB/8 MB | MachineCodeSpace默认空间大小| 49 50#### Old Space 和 Huge Object Space 51 52初始化时都设定为Heap剩余未分配空间的大小。 53 54| 参数名称 | 范围 | 作用 | 55| --- | --- | :--- | 56| oldSpaceOvershootSize | 4MB/8MB/8MB | oldSpace允许过冲最大大小 | 57 58#### 堆大小相关参数 59 60| 参数名称 | 范围 | 作用 | 61| --- | --- | :--- | 62| HeapSize | 448MB-1024MB | 堆总大小，实际系统分配大小根据堆类型不同分配不同，或内存池不够会降低下限 | 63| SemispaceSize | 2MB-4MB/2MB-8MB/2MB-16MB | semispace空间大小 | 64| NonmovableSpaceSize | 2MB/6MB/64MB | nonmovableSpace空间大小 | 65| SnapshotSpaceSize | 512KB | 快照空间大小 | 66| MachineCodeSpaceSize | 2MB | 机器码空间大小 | 67 68#### worker线程堆上限 69 70| 参数名称 | 范围 | 作用 | 71| --- | --- | --- | 72| heapSize | 768 MB | work类型heap空间大小 | 73 74#### 解释器栈大小 75 76| 参数名称 | 范围 | 作用 | 77| --- | --- | --- | 78| maxStackSize | 128KB | 控制解释器栈帧大小 | 79 80#### 并发参数 81 82| 参数名称 | 值 | 作用 | 83| --- | ---: | --- | 84| gcThreadNum | 7 | gc线程数量，默认为7，可通过`gc-thread-num`参数自行设定该参数值 | 85| MIN_TASKPOOL_THREAD_NUM | 3 | 线程池最小线程数 | 86| MAX_TASKPOOL_THREAD_NUM | 7 | 线程池最大线程数 | 87 88注：该线程池主要用于执行GC流程中的并发任务，实际线程池初始化综合参考gcThreadNum以及线程上下限，gcThreadNum为负值时初始化线程池线程数 = CPU核心数/2 89 90#### 其他参数 91 92| 参数名称 | 值 | 作用 | 93| --- | --- | --- | 94| minAllocLimitGrowingStep | 2M/4M/8M | heap整体重新计算空间大小限制时，控制oldSpace、heapObject和globalNative的最小增长步长 | 95| minGrowingStep | 4M/8M/16M | 调整oldSpace的最小增长步长 | 96| longPauseTime | 40ms | 判断是否为超长GC界限，超长GC会触发完整GC日志信息打印，方便开发者定位分析。可通过`gc-long-paused-time`进行配置 | 97 98### 其他：新增单VM内ArrayBuffer的native总内存上限为4GB 99 100## GC流程 101 102 103 104 105### HPP GC 106 107HPP GC（High Performance Partial Garbage Collection）,即高性能部分垃圾回收，其中“High Performance”主要三方面，包含分代模型、混合算法和GC流程优化，以下主要是对HPP GC的流程中的一些具体策略的介绍。 108 109#### Young GC 110 111- **触发机制：** 年轻代GC触发阈值在2MB-16MB变化,根据分配速度和存活率等会变化。 112- **说明：** 主要回收semi space新分配的年轻代对象。 113- **场景：** 前台场景 114- **日志关键词：** [ HPP YoungGC ] 115 116#### Old GC 117 118- **触发机制：** 老年代GC触发阈值在20MB-300多MB变化，大部分情况，第一次Old GC的阈值在20M左右，之后会根据对象存活率，内存占用大小进行阈值调整。 119- **说明：** 对年轻代和部分老年代空间做整理压缩，其他空间做sweep清理。触发频率比年轻代GC低很多，由于会做全量mark，因此GC时间会比年轻代GC长，单次耗时约5ms~10ms。 120- **场景：** 前台场景 121- **日志关键词：**[ HPP OldGC ] 122 123#### Full GC 124 125- **触发机制：** 不会由内存阈值触发。应用切换后台之后，如果预测能回收的对象尺寸大于2M会触发一次Full GC。DumpHeapSnapshot 和 AllocationTracker 工具默认会触发Full GC。Native 接口和JS/TS 也有接口可以触发。 126- **说明：** 会对年轻代和老年代做全量压缩，主要用于性能不敏感场景，最大限度回收内存空间。 127- **场景：** 后台场景 128- **日志关键词：**[ CompressGC ] 129 130此后的Smart GC或者 IDLE GC 都是在上述三种GC中做选择。 131 132### 触发策略 133 134#### 空间阈值触发GC 135 136- 函数方法：`AllocateYoungOrHugeObject`，`AllocateHugeObject`等分配函数 137- 限制参数：对应的空间阈值 138- 说明：对象申请空间到达对应空间阈值时触发GC 139- 典型日志：日志可区分GCReason::ALLOCATION_LIMIT 140 141#### native绑定大小达到阈值触发GC 142 143- 函数方法：`GlobalNativeSizeLargerThanLimit` 144- 限制参数：`globalSpaceNativeLimit` 145- 说明：影响是否进行全量mark，以及是否开始并发mark 146 147#### 切换后台触发GC 148 149- 函数方法：`ChangeGCParams` 150- 说明：切换后台主动触发一次Full GC 151- 典型日志：`app is inBackground`，`app is not inBackground` 152 GC 日志中可区分GCReason::SWITCH_BACKGROUND 153 154### 执行策略 155 156#### ConcurrentMark 157 158- 函数方法：`TryTriggerConcurrentMarking` 159- 说明：尝试触发并发mark，将遍历对象进行标记的任务交由线程池中并发运行，减少UI主线程挂起时间。 160- 典型日志：`fullMarkRequested`,`trigger full mark`,`Trigger the first full mark`,`Trigger full mark`,`Trigger the first semi mark`,`Trigger semi mark` 161 162#### new space GC前后的阈值调整 163 164- 函数方法：`AdjustCapacity` 165- 说明： 在GC后调整SemiSpace触发水线，优化空间结构。 166- 典型日志：无直接日志，可以通过GC统计日志看出，GC前 young space 的阈值有动态调整。 167 168#### 第一次OldGC后阈值的调整 169 170- 函数方法：`AdjustOldSpaceLimit` 171- 说明：根据最小增长步长以及平均存活率调整OldSpace阈值限制 172- 典型日志：`"AdjustOldSpaceLimit oldSpaceAllocLimit_: " << oldSpaceAllocLimit << " globalSpaceAllocLimit_: " << globalSpaceAllocLimit_;` 173 174#### 第二次及以后的OldGC对old Space/global space阈值调整，以及增长因子的调整 175 176- 函数方法：`RecomputeLimits` 177- 说明：根据当前GC统计的数据变化重新计算调整`newOldSpaceLimit`，`newGlobalSpaceLimit`，`globalSpaceNativeLimit`和增长因子 178- 典型日志：`"RecomputeLimits oldSpaceAllocLimit_: " << newOldSpaceLimit_ << " globalSpaceAllocLimit_: " << globalSpaceAllocLimit_ << " globalSpaceNativeLimit_:" << globalSpaceNativeLimit_;` 179 180#### PartialGC的Cset 选择策略 181 182- 函数方法：`OldSpace::SelectCSet()` 183- 说明：PartialGC执行时采用该策略选择存活对象数量少，回收代价小的Region优先进行GC。 184- 典型日志：`Select CSet failure: number is too few`, 185 `"Max evacuation size is 6_MB. The CSet region number: " << selectedRegionNumber;`, 186 `"Select CSet success: number is " << collectRegionSet_.size();` 187 188## SharedHeap 189 190### SharedHeap结构 191 192 193 194- SharedOldSpace：共享老年代空间（这里并不区分年轻代老年代），存放一般的共享对象。 195- SharedHugeObjectSpace：共享大对象空间，使用单独的region存放一个大对象的空间。 196- SharedReadOnlySpace：共享只读空间，存放运行期间的只读数据。 197- SharedNonMovableSpace：共享不可移动空间，存放不可移动的对象。 198 199注：SharedHeap主要用于线程间共享使用的对象，提高效率并节省内存的产物。共享堆并不单独属于某个线程，保存具有共享价值的对象，存活率会更高，去除了SemiSpace的类型。 200 201## 特性 202 203### Smart GC 204 205#### 特性介绍 206 207在应用性能敏感场景，通过将js线程(SmartGC对worker线程和taskpool线程不生效)GC触发水线临时调整到js堆最大值（js线程默认448MB），尽量避免触发GC导致应用掉帧。如果敏感场景持续时间过久，对象分配已经达到了堆最大值，则还是会触发GC，且这次GC由于积累的对象太多，GC时间会相对较久。 208 209#### 支持敏感场景 210 211- 应用冷启动（默认支持） 212- 应用滑动 213- 应用点击页面跳转 214- 超长帧 215 216当前该特性使能由系统侧进行管控，三方应用暂无接口直接调用。 217 218日志关键词: “SmartGC” 219 220#### 交互流程 221 222 223 224标记性能敏感场景，在进入和退出性能敏感场景时，在堆上标记，避免不必要的GC，维持高性能表现。 225 226## 日志解释 227 228### 典型日志 229 230``` 231// GC前对象实际占用大小（region实际占用大小）->GC后对象实际占用大小（region实际占用大小），总耗时（+concurrentMark耗时），GC触发原因。 232C03F00/ArkCompiler: [gc] [ CompressGC ] 26.1164 (35) -> 7.10049 (10.5) MB, 160.626(+0)ms, Switch to background 233// GC运行时的各种状态以及应用名称 234C03F00/ArkCompiler: [gc] IsInBackground: 1; SensitiveStatus: 0; OnStartupEvent: 0; BundleName: com.huawei.hmos.filemanager; 235// GC运行时的各阶段耗时统计 236C03F00/ArkCompiler: [gc] /***************** GC Duration statistic: ****************/ 237C03F00/ArkCompiler: [gc] TotalGC: 160.626 ms 238C03F00/ArkCompiler: Initialize: 0.179 ms 239C03F00/ArkCompiler: Mark: 159.204 ms 240C03F00/ArkCompiler: MarkRoots: 6.925 ms 241C03F00/ArkCompiler: ProcessMarkStack: 158.99 ms 242C03F00/ArkCompiler: Sweep: 0.957 ms 243C03F00/ArkCompiler: Finish: 0.277 ms 244// GC后各个部分占用的内存大小 245C03F00/ArkCompiler: [gc] /****************** GC Memory statistic: *****************/ 246C03F00/ArkCompiler: [gc] AllSpaces used: 7270.9KB committed: 10752KB 247C03F00/ArkCompiler: ActiveSemiSpace used: 0KB committed: 256KB 248C03F00/ArkCompiler: OldSpace used: 4966.9KB committed: 5888KB 249C03F00/ArkCompiler: HugeObjectSpace used: 2304KB committed: 2304KB 250C03F00/ArkCompiler: NonMovableSpace used: 0KB committed: 2304KB 251C03F00/ArkCompiler: MachineCodeSpace used: 0KB committed: 0KB 252C03F00/ArkCompiler: HugeMachineCodeSpace used: 0KB committed: 0KB 253C03F00/ArkCompiler: SnapshotSpace used: 0KB committed: 0KB 254C03F00/ArkCompiler: AppSpawnSpace used: 4736.34KB committed: 4864KB 255C03F00/ArkCompiler: [gc] Anno memory usage size: 45 MB 256C03F00/ArkCompiler: Native memory usage size:2.99652 MB 257C03F00/ArkCompiler: NativeBindingSize: 0.577148KB 258C03F00/ArkCompiler: ArrayBufferNativeSize: 0.0117188KB 259C03F00/ArkCompiler: RegExpByteCodeNativeSize:0.280273KB 260C03F00/ArkCompiler: ChunkNativeSize: 19096 KB 261C03F00/ArkCompiler: [gc] Heap alive rate: 0.202871 262// 该虚拟机的此类型GC的整体统计 263C03F00/ArkCompiler: [gc] /***************** GC summary statistic: *****************/ 264C03F00/ArkCompiler: [gc] CompressGC occurs count 6 265C03F00/ArkCompiler: CompressGC max pause: 2672.33 ms 266C03F00/ArkCompiler: CompressGC min pause: 160.626 ms 267C03F00/ArkCompiler: CompressGC average pause:1076.06 ms 268C03F00/ArkCompiler: Heap average alive rate: 0.635325 269``` 270 271- gc类型：[HPP YoungGC]、[HPP OldGC]、[CompressGC]、[SharedGC]。 272- TotalGC: 总耗时。其下相应为各个阶段对应的耗时，基本的包括`Initialize`、`Mark`、`MarkRoots`、`ProcessMarkStack`、`Sweep`、`Finish`，实际根据不同的GC流程不同会有不同的阶段。 273- IsInBackground：是否在后台场景，1：为后台场景，0：非后台场景。 274- SensitiveStatus：是否为敏感场景，1：为敏感场景，0：非敏感场景。 275- OnStartupEvent：是否为冷启动场景，1：为冷启动场景，0：非冷启动场景。 276- used：当前已分配的对象实际占用的内存空间大小。 277- committed：当前实际分配给heap内存空间大小。因为各个空间是按region进行分配的，而region一般也不会被对象完全占满，因此committedSize大于等于usedSize，hugeSpace是会完全相等，因为其一个对象单独占一个region。 278- Anno memory usage size：当前进程所有堆申请的内存大小，包括heap与sharedHeap。 279- Native memory usage size：当前进程所申请的Native内存大小。 280- NativeBindingSize：当前进程堆内对象绑定的Native内存大小。 281- ArrayBufferNativeSize：当前进程申请的数组缓存Native内存大小。 282- RegExpByteCodeNativeSize：当前进程申请的正则表达式字节码Native内存大小。 283- ChunkNativeSize：当前进程申请的ChunkNative内存大小。 284- Heap alive rate：堆内对象的存活率。 285 286## GC开发者调试接口 287 288> **注意：** 289> 以下接口仅供调试使用，非正式对外SDK接口，不应在应用正式版本中使用。 290 291### ArkTools.hintGC() 292 293- 调用方式：`ArkTools.hintGC()` 294- 接口类型：js接口 295- 作用：调用后由VM主动触发判断当前是否适合进行一次full GC。后台场景、内存预期存活率低于设定值，则会触发，判断为敏感状态则不会触发。 296- 使用场景：开发者提示系统进行GC 297- 典型日志：无直接日志，仅可区分外部触发（`GCReason::TRIGGER_BY_JS`） 298 299 300使用参考 301 302``` 303// 首先需要声明接口 304declare class ArkTools { 305 static hintGC(): void; 306} 307 308@Entry 309@Component 310struct Index { 311 @State message: string = 'Hello World'; 312 build() { 313 Row() { 314 Column() { 315 Text(this.message) 316 .fontSize(50) 317 .fontWeight(FontWeight.Bold) 318 Button("触发HintGC").onClick((event: ClickEvent) => { 319 ArkTools.hintGC(); //方法内直接调用 320 }) 321 } 322 .width('100%') 323 } 324 .height('100%') 325} 326} 327``` 328 329 330
