Dalvik VM 的堆管理與垃圾回收是 Android 系統效能優化的關鍵。本文剖析 Zygote 孵化機制、Copy-on-Write 堆分離、並行標記清除演算法與 Card Table 優化。

Zygote 孵化與 COW 堆分離

• 系統啟動 → Zygote 進程建立首個 Dalvik VM，維護單一堆。
• 應用進程由 Zygote fork() 產生，各自持有獨立 VM。
• COW 策略：初始共享同一堆；任一方寫入時，內核複製頁面。為減少複製，堆分為：
  • Zygote 堆：預載類、資源、物件，佔用部分，fork 時複製給子進程，後續極少寫入，長期共享。
  • Active 堆：剩餘空間，雙方新物件皆在此分配，隔離寫入操作。

Mark-Sweep GC 兩階段

1. Mark：從 GC Roots 遞歸標記可達物件。
2. Sweep：回收未標記物件記憶體。

雙 Bitmap 並行標記優化

• Live Bitmap：記錄上輪 GC 存活物件。
• Mark Bitmap：記錄本輪 GC 可達物件。
• 僅需回收「Live=1 且 Mark=0」物件，避免全堆掃描。

Concurrent GC：Stop-The-World 最小化

標記階段分兩步：

1. Root Set 掃描（獨佔）：僅標記全域變數、堆疊、暫存器直接引用的物件，禁止其他執行緒運行。
2. 遞歸標記（並行）：從 Root Set 展開標記其餘物件，允許應用執行緒並行。修改記錄於 Card Table（每卡 1 byte，dirty/clean）。

第二步結束後，GC 執行緒獨佔重掃描 dirty cards，因數量極少，耗時極短。部分 GC 僅掃描 Active 堆，Card Table 專記錄 Zygote 堆物件對 Active 堆的引用變更。

此設計在保證正確性前提下，將停頓時間壓縮至毫秒級，支撐 Android 流暢體驗。