Android性能优化-内存泄露与内存优化

发表于 2019-09-17 分类于 Android

在Android中，内存泄露的现象十分常见；而内存泄露导致的后果会使得应用Crash。本文将介绍了内存泄露的本质、原因 & 解决方案，最终提供一些常见的内存泄露分析工具。

Android的内存管理

针对进程的内存策略

a. 内存分配策略
由 ActivityManagerService 集中管理所有进程的内存分配

b. 内存回收策略

步骤1：Application Framework 决定回收的进程类型
Android中的进程是托管的；当进程空间紧张时，会按进程优先级低->>高的顺序自动回收进程

Android将进程分为5个优先等级，具体如下：

步骤2：Linux 内核真正回收具体进程
1.ActivityManagerService 对所有进程进行评分（评分存放在变量adj中）
2.更新评分到Linux 内核
3.由Linux 内核完成真正的内存回收

此处仅总结流程，这其中的过程复杂，有兴趣的读者可研究系统源码ActivityManagerService.java

针对对象、变量的内存策略

Android的对于对象、变量的内存策略同 Java
内存管理 = 对象 / 变量的内存分配 + 内存释放

下面，将详细讲解内存分配 & 内存释放策略

a. 内存分配策略

对象 / 变量的内存分配由程序自动负责
共有3种：静态分配、栈式分配、 & 堆式分配，分别面向静态变量、局部变量 & 对象实例

具体介绍如下

用1个实例讲解内存分配

public class Sample {    
    int s1 = 0;
    Sample mSample1 = new Sample();   
 	
 	// 方法中的局部变量s2、mSample2存放在 栈内存
 	// 变量mSample2所指向的对象实例存放在 堆内存
 	  // 该实例的成员变量s1、mSample1也存放在栈中
    public void method() {        
        int s2 = 0;
        Sample mSample2 = new Sample();
    }
    
    // 变量mSample3所指向的对象实例存放在堆内存
	// 该实例的成员变量s1、mSample1也存放在栈中
    Sample mSample3 = new Sample();
}

b.内存释放策略

对象 / 变量的内存释放由Java垃圾回收器（GC） / 帧栈负责
此处主要讲解对象分配（即堆式分配）的内存释放策略 = Java垃圾回收器（GC）

由于静态分配不需释放、栈式分配仅通过帧栈自动出、入栈，较简单，故不详细描述

Java垃圾回收器（GC）的内存释放 = 垃圾回收算法，主要包括：

具体介绍如下

内存泄露

内存泄露，即ML(Memory Leak)。指程序在申请内存后，当该内存不需再使用 但却无法被释放 & 归还给程序的现象。容易使得应用程序发生内存溢出，即 OOM

发生内存泄露的本质原因

特别注意
从机制上的角度来说，由于 Java存在垃圾回收机制（GC），理应不存在内存泄露；出现内存泄露的原因仅仅是外部人为原因 = 无意识地持有对象引用，使得持有引用者的生命周期 > 被引用者的生命周期

常见的内存泄露原因&解决方案

常见引发内存泄露原因主要有：
1.集合类
2.Static关键字修饰的成员变量
3.非静态内部类 / 匿名类
4.资源对象使用后未关闭

集合类

内存泄露原因
集合类添加元素后，仍引用着集合元素对象，导致该集合元素对象不可被回收，从而导致内存泄漏

实例演示

// 通过 循环申请Object 对象 & 将申请的对象逐个放入到集合List
List<Object> objectList = new ArrayList<>();        
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object o = new Object();
            objectList.add(o);
            o = null;
        }
// 虽释放了集合元素引用的本身：o=null）
// 但集合List 仍然引用该对象，故垃圾回收器GC 依然不可回收该对象

解决方案
集合类添加集合元素对象后，在使用后必须从集合中删除

由于1个集合中有许多元素，故最简单的方法 = 清空集合对象 & 设置为null

1
2
3

 // 释放objectList
objectList.clear();
objectList=null;

static关键字修饰的成员变量

储备知识
被 Static 关键字修饰的成员变量的生命周期 = 应用程序的生命周期
泄露原因
若使被 Static 关键字修饰的成员变量引用耗费资源过多的实例（如Context），则容易出现该成员变量的生命周期 > 引用实例生命周期的情况，当引用实例需结束生命周期销毁时，会因静态变量的持有而无法被回收，从而出现内存泄露

实例讲解

public class ClassName {
 // 定义1个静态变量
 private static Context mContext;
 //...
// 引用的是Activity的context
 mContext = context; 

// 当Activity需销毁时，由于mContext = 静态 & 生命周期 = 应用程序的生命周期，故 Activity无法被回收，从而出现内存泄露

}

解决方案

尽量避免 Static 成员变量引用资源耗费过多的实例（如 Context）

若需引用 Context，则尽量使用Applicaiton的Context

使用弱引用（WeakReference） 代替强引用持有实例

静态成员变量有个非常典型的例子:单例模式

储备知识
单例模式由于其静态特性，其生命周期的长度 = 应用程序的生命周期
泄露原因
若1个对象已不需再使用而单例对象还持有该对象的引用，那么该对象将不能被正常回收从而导致内存泄漏

实例演示

// 创建单例时，需传入一个Context
// 若传入的是Activity的Context，此时单例 则持有该Activity的引用
// 由于单例一直持有该Activity的引用（直到整个应用生命周期结束），即使该Activity退出，该Activity的内存也不会被回收
// 特别是一些庞大的Activity，此处非常容易导致OOM

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context; // 传递的是Activity的context
    }  
  
    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}

解决方案
单例模式引用的对象的生命周期 = 应用的生命周期

如上述实例，应传递Application的Context，因Application的生命周期 = 整个应用的生命周期

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context.getApplicationContext(); // 传递的是Application 的context
    }    

    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}

非静态内部类/匿名类

储备知识
非静态内部类 / 匿名类默认持有外部类的引用；而静态内部类则不会
常见情况
3种，分别是：非静态内部类的实例 = 静态、多线程、消息传递机制（Handler）

非静态内部类的实例 = 静态

泄露原因
若非静态内部类所创建的实例 = 静态（其生命周期 = 应用的生命周期），会因 非静态内部类默认持有外部类的引用 而导致外部类无法释放，最终造成内存泄露

即外部类中持有非静态内部类的静态对象

实例演示

// 背景：
   a. 在启动频繁的Activity中，为了避免重复创建相同的数据资源，会在Activity内部创建一个非静态内部类的单例
   b. 每次启动Activity时都会使用该单例的数据

public class TestActivity extends AppCompatActivity {  
    
    // 非静态内部类的实例的引用
    // 注：设置为静态  
    public static InnerClass innerClass = null; 
   
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {        
        super.onCreate(savedInstanceState);   

        // 保证非静态内部类的实例只有1个
        if (innerClass == null)
            innerClass = new InnerClass();
    }

    // 非静态内部类的定义    
    private class InnerClass {        
        //...
    }
}

// 造成内存泄露的原因：
	// a. 当TestActivity销毁时，因非静态内部类单例的引用（innerClass）的生命周期 = 应用App的生命周期、持有外部类TestActivity的引用
	// b. 故 TestActivity无法被GC回收，从而导致内存泄漏

解决方案
1. 将非静态内部类设置为：静态内部类（静态内部类默认不持有外部类的引用）
2. 该内部类抽取出来封装成一个单例
3. 尽量避免非静态内部类所创建的实例 = 静态

若需使用Context，建议使用 Application 的 Context

多线程：AsyncTask、实现Runnable接口、继承Thread类

储备知识
多线程的使用方法 = 非静态内部类 / 匿名类；即线程类属于非静态内部类 / 匿名类
泄露原因
当工作线程正在处理任务 & 外部类需销毁时， 由于工作线程实例持有外部类引用，将使得外部类无法被垃圾回收器（GC）回收，从而造成内存泄露

多线程主要使用的是：AsyncTask、实现Runnable接口 & 继承Thread类

前3者内存泄露的原理相同，此处主要以继承Thread类为例说明

实例演示

   /** 
     * 方式1：新建Thread子类（内部类）
     */  
        public class MainActivity extends AppCompatActivity {

        public static final String TAG = "carson：";
        @Override
        public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);

            // 通过创建的内部类 实现多线程
            new MyThread().start();

        }
        // 自定义的Thread子类
        private class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "执行了多线程");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 方式2：匿名Thread内部类
     */ 
     public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    public static final String TAG = "carson：";

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 通过匿名内部类 实现多线程
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "执行了多线程");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }.start();
    }
}


/** 
  * 分析：内存泄露原因
  */ 
  // 工作线程Thread类属于非静态内部类 / 匿名内部类，运行时默认持有外部类的引用
  // 当工作线程运行时，若外部类MainActivity需销毁
  // 由于此时工作线程类实例持有外部类的引用，将使得外部类无法被垃圾回收器（GC）回收，从而造成 内存泄露

解决方案
从上面可看出，造成内存泄露的原因有2个关键条件：

存在 ”工作线程实例持有外部类引用“ 的引用关系
工作线程实例的生命周期 > 外部类的生命周期，即工作线程仍在运行而外部类需销毁

解决方案的思路:使得上述任1条件不成立即可。

// 共有2个解决方案：静态内部类 & 当外部类结束生命周期时，强制结束线程
// 具体描述如下

   /** 
     * 解决方式1：静态内部类
     * 原理：静态内部类 不默认持有外部类的引用，从而使得 “工作线程实例 持有 外部类引用” 的引用关系 不复存在
     * 具体实现：将Thread的子类设置成 静态内部类
     */  
        public class MainActivity extends AppCompatActivity {

        public static final String TAG = "carson：";
        @Override
        public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);

            // 通过创建的内部类 实现多线程
            new MyThread().start();

        }
        // 分析1：自定义Thread子类
        // 设置为：静态内部类
        private static class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "执行了多线程");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 解决方案2：当外部类结束生命周期时，强制结束线程
     * 原理：使得 工作线程实例的生命周期 与 外部类的生命周期 同步
     * 具体实现：当 外部类（此处以Activity为例） 结束生命周期时（此时系统会调用onDestroy（）），强制结束线程（调用stop（））
     */ 
     @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Thread.stop();
        // 外部类Activity生命周期结束时，强制结束线程
    }

资源对象使用后未关闭

泄露原因
对于资源的使用（如广播BraodcastReceiver、文件流File、数据库游标Cursor、图片资源Bitmap等），若在Activity销毁时无及时关闭 / 注销这些资源，则这些资源将不会被回收，从而造成内存泄漏
解决方案
在Activity销毁时及时关闭 / 注销资源

// 对于 广播BraodcastReceiver：注销注册
unregisterReceiver()

// 对于 文件流File：关闭流
InputStream / OutputStream.close()

// 对于数据库游标cursor：使用后关闭游标
cursor.close（）

// 对于 图片资源Bitmap：Android分配给图片的内存只有8M，若1个Bitmap对象占内存较多，当它不再被使用时，应调用recycle()回收此对象的像素所占用的内存；最后再赋为null 
Bitmap.recycle()；
Bitmap = null;

// 对于动画（属性动画）
// 将动画设置成无限循环播放repeatCount = “infinite”后
// 在Activity退出时记得停止动画

其他使用

除了上述4种常见情况，还有一些日常的使用会导致内存泄露
主要包括：Context、WebView、Adapter，具体介绍如下

总结

下面，我将用一张图总结Android中内存泄露的原因 & 解决方案

内存泄露辅助分析工具

哪怕完全了解内存泄露的原因，但难免还是会出现内存泄露的现象
下面将简单介绍几个主流的分析内存泄露的工具，分别是
1. MAT(Memory Analysis Tools)
2. Heap Viewer
3. Allocation Tracker
4. Android Studio 的 Memory Monitor
5. LeakCanary

MAT(Memory Analysis Tools)

定义：一个Eclipse的 Java Heap 内存分析工具 ->>下载地址
作用：查看当前内存占用情况

通过分析 Java 进程的内存快照 HPROF 分析，快速计算出在内存中对象占用的大小，查看哪些对象不能被垃圾收集器回收 & 可通过视图直观地查看可能造成这种结果的对象

具体使用：自行查找

Heap Viewer

定义：一个的 Java Heap 内存分析工具
作用：查看当前内存快照

可查看分别有哪些类型的数据在堆内存总 & 各种类型数据的占比情况

具体使用：自行查找

Allocation Tracker

简介：一个内存追踪分析工具
作用：追踪内存分配信息，按顺序排列
具体使用：自行查找

Memory Monitor

简介：一个 Android Studio 自带的图形化检测内存工具
作用：跟踪系统 / 应用的内存使用情况。核心功能如下
具体使用：自行查找

LeakCanary

简介：一个square出品的Android开源库 ->>下载地址
作用：检测内存泄露
具体使用：https://www.liaohuqiu.net/cn/posts/leak-canary/