HarmonyOS Next开发学习手册——内存管理（GC）

GC（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运行时中就是基于分代模型和混合算法来实现不同场景下内存回收的高性能表现。

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。

Heap结构及其配置参数

Heap结构

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。
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。
HugeObjectSpace：大对象空间，使用单独的region存放一个大对象的空间。
ReadOnlySpace：只读空间，存放运行期间的只读数据。
NonMovableSpace：不可移动空间，存放不可移动的对象。
SnapshotSpace：快照空间，转储堆快照时使用的空间。
MachineCodeSpace：机器码空间，存放程序机器码。

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。

参数名称	范围	作用
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
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
semiSpaceStepOvershootSize	2MB	允许过冲最大大小

参数名称	范围	作用
defaultReadOnlySpaceSize	256 KB	ReadOnlySpace默认空间大小
defaultNonMovableSpaceSize	2 MB/6 MB/64 MB	NonMovableSpace默认空间大小
defaultSnapshotSpaceSize	512 KB/512 KB/ 4 MB	SnapshotSpace默认空间大小
defaultMachineCodeSpaceSize	2 MB/2 MB/8 MB	MachineCodeSpace默认空间大小

参数名称	范围	作用
oldSpaceOvershootSize	4MB/8MB/8MB	oldSpace允许过冲最大大小

参数名称	范围	作用
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
SemispaceSize	2MB-4MB/2MB-8MB/2MB-16MB	semispace空间大小
NonmovableSpaceSize	2MB/6MB/64MB	nonmovableSpace空间大小
SnapshotSpaceSize	512KB	快照空间大小，
MachineCodeSpaceSize	2MB	机器码空间大小

参数名称	范围	作用
heapSize	768 MB	work类型heap空间大小

参数名称	范围	作用
maxStackSize	128KB	控制解释器栈帧大小

参数名称	值	作用
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
MIN_TASKPOOL_THREAD_NUM	3	线程池最小线程数
MAX_TASKPOOL_THREAD_NUM	7	线程池最大线程数

参数名称	值	作用
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
minGrowingStep	4M/8M/16M	调整oldSpace的最小增长步长
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

其他：新增单VM内ArrayBuffer的native总内存上限为4GB

GC流程

HPPGC

Young GC

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。
说明： 主要回收semi space新分配的年轻代对象。
场景： 前台场景
日志关键词： [ HPP YoungGC ]

Old GC

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。
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。
场景： 前台场景
日志关键词：[ HPP OldGC ]

Full GC

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。
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。
场景： 后台场景
日志关键词：[ CompressGC ]

此后的Smart GC或者 IDLE GC 都是在上述三种GC中做选择。

触发策略

空间阈值触发GC

函数方法：AllocateYoungOrHugeObject，AllocateHugeObject，等分配函数
限制参数：对应的空间阈值
说明：对象申请空间到达对应空间阈值时触发GC
典型日志：日志可区分GCReason::ALLOCATION_LIMIT

native绑定大小达到阈值触发GC

函数方法：GlobalNativeSizeLargerThanLimit
限制参数：globalSpaceNativeLimit
说明：影响是否进行全量mark，以及是否开始并发mark

切换后台触发GC

函数方法：ChangeGCParams
说明：切换后台主动触发一次Full GC
典型日志：app is inBackground，app is not inBackground

GC 日志中可区分GCReason::SWITCH_BACKGROUND

执行策略

ConcurrentMark

函数方法：TryTriggerConcurrentMarking
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，减少主线程挂起时间。
典型日志：fullMarkRequested, trigger full mark.,Trigger the first full mark,Trigger full mark,Trigger the first semi mark,Trigger semi mark

new space GC前后的阈值调整

函数方法：AdjustCapacity
说明：在GC后调整SemiSpace触发水线，优化空间结构。
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。

第一次OldGC后阈值的调整

函数方法：AdjustOldSpaceLimit
说明：根据最小增长步长以及平均存活率调整OldSpace阈值限制
典型日志："AdjustOldSpaceLimit oldSpaceAllocLimit_: " << oldSpaceAllocLimit << " globalSpaceAllocLimit_: " << globalSpaceAllocLimit_;

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

函数方法：RecomputeLimits
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
典型日志："RecomputeLimits oldSpaceAllocLimit_: " << newOldSpaceLimit_ << " globalSpaceAllocLimit_: " << globalSpaceAllocLimit_ << " globalSpaceNativeLimit_:" << globalSpaceNativeLimit_;

PartialGC的Cset 选择策略

函数方法：OldSpace::SelectCSet()
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。
典型日志：Select CSet failure: number is too few,

"Max evacuation size is 6_MB. The CSet region number: " << selectedRegionNumber;,

"Select CSet success: number is " << collectRegionSet_.size();

特性

Smart GC

特性介绍

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。

支持敏感场景

应用冷启动（默认支持）
应用滑动
应用点击页面跳转
超长帧

除应用冷启动是默认支持，其他敏感场景均为调用dfxjsnapi接口进行设置且无本质区别。

日志关键词: "SmartGC"

交互流程

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。

IDLE GC

利用系统绘帧过程中存在的线程idletime，高效利用计算资源分段完成完整的GC工作，减少后续累积内存占用触发长GC造成的卡顿。

Incremental Mark

完成old gc通常需要消耗较多时间，一次idle time很难完成此项任务，因此将mark过程分布在多次idle time中完成。

在线性空间扩容时尝试进行Incremental Mark，满足以下条件则触发增量标记：

在ArkProperties里打开ENABLE_IDLE_GC且收到了元能力发送的idleTime开关回调函数；
当前无idleTask且未触发ConcurrentMark；
增量标记完成时，堆大小距到达水线小于256K；
增量标记期间分配对象大小小于100_KB

注：Incremental Mark与Full ConcurrentMark互斥。线性空间主要指的是semiSpace。

Idle YoungGC

在线性空间扩容时尝试进行Idle Collection，满足以下条件则设置相应的IdleTask：

在ArkProperties里打开ENABLE_IDLE_GC且收到了元能力发送的idleTime开关回调函数；
当前无idleTask且未触发ConcurrentMark；
堆大小小于触发YoungGC ConcurrentMark水线256K以内；

注：Idle YoungGC可与ConcurrentMark共存（防止还未接收到IdleTime就达到GC水线），可先触发ConcurrentMark，后开始Idle YoungGC.

GC开发者调试接口

注意

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。

ArkTools.hintGC()

调用方式：ArkTools.hintGC()
接口类型：js接口
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。
使用场景：开发者提示系统进行GC
典型日志：无直接日志，仅可区分外部触发（GCReason::EXTERNAL_TRIGGER）

ArkTools.forceFullGC()

调用方式：ArkTools.forceFullGC()
接口类型：js接口
作用：直接触发一次GC，当前线程的local heap触发Full GC，shared heap触发Shared GC。
使用场景：大桌面，开发者调试
典型日志：无直接日志，仅可区分外部触发（GCReason::EXTERNAL_TRIGGER）

使用参考

// 首先需要声明接口
declare class ArkTools {
     static forceFullGC(): void;
     static hintGC(): void;
}

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';
  build() {
  Row() {
    Column() {
      Text(this.message)
        .fontSize(50)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
  
      Button("触发FullGC").onClick((event: ClickEvent) => {
          ArkTools.forceFullGC();  //方法内直接调用
      })
     Button("触发HintGC").onClick((event: ClickEvent) => {
         ArkTools.hintGC();  //方法内直接调用
     })
    }
    .width('100%')
  }
  .height('100%')
}
}