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[TOC]

三、内存优化

3.1 Android内存管理机制

3.1.1 Java虚拟机概念

Java虚拟机是一台“抽象的计算机”，它拥有自己的处理器，堆栈，寄存器以及相应的指令系统；Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统相关的平台信息，使得Java程序只需要生成在该虚拟机上运行的目标代码，就可以在多平台上运行。虽然叫Java虚拟机，但在它之上运行的语言不仅有Java、Kotlin、Groovy、Scala等都可以运行。

Java虚拟机包括：类加载系统、运行时区域、执行引擎、本地方法库等。

3.1.2 Java虚拟机执行流程

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3.1.3 Java虚拟机运行时数据区域

  1. 方法区（公有）：被JVM加载的类的结构信息，包括运行时常量池、字段、方法信息、静态变量等数据；
  2. Java堆（公有）：JVM启动时创建，存储几乎所有对象的实例，可以细分为老年代、新生代（Eden、From Survivor、To Survivor），垃圾回收器主要就是管理堆内存，如果满了，就会出现OutOfMemoryError；
  3. Java虚拟机栈（私有）：存储Java方法调用的状态，一个线程会执行一个或多个方法，一个方法对应一个栈帧，栈帧内容包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等；栈内默认最大是1M，超出则抛出StackOverflowError；
  4. 本地方法栈（私有）：执行native方法；
  5. 程序计数器（私有）：多线程中记录程序执行下一条指令的计数器，记录当前线程执行字节码的位置，存储的是字节码指令地址，如果执行Native方法，则计数器值为空。

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  • 线程独自：每个线程都会有它独立的空间，随线程生命周期而创建和销毁；
  • 线程共享：所有线程能访问这块内存数据，随虚拟机或者GC而创建和销毁。

3.1.4 class文件内容

class文件包含JAVA程序执行的字节码：数据严格按照格式紧凑排列在class文件中的二进制流，中间无任何分隔符；文件开头有一个0xcafebabe（16进制）特殊的一个标志，如下图所示：

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3.1.5 强软弱虚引用

  • 强引用：当新建的对象为强引用时，垃圾回收器绝对不会回收它，宁愿抛出OutOfMemoryError异常，让程序异常终止也不会回收；
  • 软引用：当新建的对象为软引用时，在内存不足时，回收器就会回收这些对象，如果回收后还是没有足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常；
  • 弱引用：当新建的对象为弱引用时，垃圾回收器不管当前内存是否足够，都会回收它的内存；
  • 虚引用：虚引用跟其他引用都不同，如果一个对象仅持有虚引用，在任何时候都可能被GC回收，只是当它被回收时会收到一个系统通知。

3.1.6 垃圾标记算法

  • 引用计数算法：每个对象都有一个引用计数器，当对象每被引用一次时就加1，引用失效时就减1；当计数为0时则将该对象设置为可回收的“垃圾对象”； 缺点：循环引用不能回收；
class Bean{
  public Object b = null;
  private byte[] data = new byte[1024 * 1024];
}

public class GCTest{
  public static void main(String[] args) {
    Bean b1 = new Bean();
    Bean b2 = new Bean();
    b1.b = b2;
    b2.b = b1;
    b1 = null;
    b2 = null;
    System.gc();
  }
}
  • 可达性分析算法：将对象及其引用关系看做一个图，选定活动对象作为GC Roots，然后跟踪引用链条，如果一个对象和GC Roots之间不可达，也就是不存在引用，那么认为是可回收对象。

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可以作为GC Roots的对象：

  1. 虚拟机栈中正在引用的对象；
  2. 本地方法栈中正在引用的对象；
  3. 静态属性引用的对象；
  4. 方法区常量引用的对象；

3.1.7 垃圾收集算法

  • 标记-清除算法：用根搜索算法标记可被回收的对象，之后将被标记为“垃圾”的对象进行回收； --> 内存碎片
  • 复制算法(年轻代)：先把内存一分为二，每次只使用其中一个区域，垃圾收集时，将存活的对象拷贝到另一个区域，然后对之前的对象全部回收；--> 减小了内存使用空间
  • 标记-压缩算法(老年代)：在标记可回收的对象后，将所有的存活对象压缩到内存的一段，让它们排在一个，然后对边界以外的内存进行回收；
  • 分代收集算法：Java堆中存在的对象生命周期有较大差别，大部分生命周期很短，有的很长，设置与应用程序或者Java虚拟机生命周期一样。因为分代算法就是根据对象的生命周期长短，将对象放到不同的区域；

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堆区：堆区分为年轻代和老年代，其空间大小理论比值为2：1；其中年轻代又会分为Eden区和Survivor区，其空间大小理论比值为8：2；Surfivor区又分为from区和to区，其空间大小理论比值为1：1。 gc流程：创建对象时首先会被放入Eden区，该区存满时会触发gc，gc时清除可回收对象，然后把Eden区剩余存活对象移动到From区；新创建的对象会继续被放入Eden区，第二次gc时清除Eden区和和From区可回收对象，然后把Eden区和From区剩余存活对象移动到To区；第三次gc时会把Eden区和To区中剩余存活对象移动到From区……依次反复进行。

image

从年轻代进入老年代的条件： 大对象，大对象会直接进入老年代； 每次gc时会对已存活对象进行标记（每次+1），标记达到一定次数（Java为15次，Android的CMS垃圾回收器为6次）时该对象会从年轻代进入老年代； Survivor区中From或To区中的相同标记（相同年龄）对象大小总和大于等于From或To区的一半时，这些对象可以进入老年代。 在Java环境的bin目录下有一个jvisualvm工具，该工具可以观察到程序运行过程中内存的动态情况，从而证实上述描述。

3.2 内存抖动

内存抖动通常指在短时间内发生了多次内存的分配和释放，主要原因是短时间内频繁地创建对象。为了应对这种情况，虚拟机会频繁地触发GC操作，当GC进行时，其它线程会被挂起等待GC完成，频繁GC会使UI在绘制时超过16ms一帧，从而导致画面卡顿。

3.2.1 内存抖动测试

public class ChurnActivity extends AppCompatActivity {
    private Handler mHandler;
    private Button btnChurn;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_churn);

        initView();
        setViewsListener();
    }

    private void initView() {
        btnChurn = findViewById(R.id.btn_churn);
        mHandler = new Handler();
    }


    private void setViewsListener() {
        btnChurn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                churn(0);
            }
        });
    }

    Runnable r = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            allocate();
        }
    };

    private void allocate() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            String ob[] = new String[10000];
        }
        churn(50);
    }

    private void churn(int delay) {
        mHandler.postDelayed(r, delay);
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        mHandler.removeCallbacks(r);
    }
}

3.2.2 内存抖动分析

使用Profiler查看内存抖动：

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3.3 内存泄漏及排查工具的使用

  • 内存泄漏：一个不再被程序使用的对象或变量依旧存活在内存中无法被回收；
  • 内存溢出：当程序申请内存时，没有足够的内存供程序使用；

比较小的内存泄漏并不会有太大的影响，但内存泄漏多了，占用的内存空间就更大，程序正常需要申请的内存则会相应减少。

内存泄漏分析工具使用MAT，它除了可以分析内存泄漏之外，还可以分析大对象。

3.3.1 下载MAT

官方下载地址：https://www.eclipse.org/mat/downloads.php 。

3.3.2 安装MAT

下载的是MAC版，安装时遇到一个问题：

The platform metadata area could not be written: /private/var/folders/9j/zj116b2n765fkk7qm1s7ctq8000

解决方法：在应用程序中右键mat.app-->显示包内容-->Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini，修改内容如下：

image

3.3.3 获取hprof文件

借助Android Studio 的Profile工具，在操作页面之前dump（截取该时间点内存中存在的对象）一份文件，操作页面（比如进入SecondActivity 然后再返回主页面）之后再dump一份文件。然后把这两份文件（memory1.hprof，memory2.hprof）保存到本地。

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3.3.4 转换hprof文件

使用Android SDK环境sdk/platform-tools/目录下的hprof-conv工具将3.3.3获取的hprof文件转换为MAT可以识别的文件：

hprof-conv -z memory1.hprof memory1_after.hprof
hprof-conv -z memory2.hprof memory2_after.hprof

3.3.5 Mat分析hprof文件

首先用Mat打开（Open Heap Dump..）两个转换后的hprof文件：

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选择直方图：

image

排除其他引用：

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定位结果：

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因为我们进入SecondActivity之后又退出页面了，按道理其不应该存在，但此时排除其他引用之后发现它仍然存活，由此可以判断内存泄漏。从上图可以看出这是匿名内部类持有外部类引用引起的内存泄漏，需要在页面销毁时结束动画。

参考：JVM共享区深入了解及内存抖动/泄漏排查优化

3.3.6 项目实战

模块lqr_wechat是一个仿微信的项目，登录账号：dawa，密码：123456。在多次登录并退出之后会发现MainActivity存留多个，表明存在内存泄漏情况。通过Mat排查可知因使用网易云信的SDK并且没有及时注销引起内存泄漏，解决方式如下：

    @Override
    protected void onDestroy() {
        unRegisterBroadcastReceiver();
        super.onDestroy();
        // 在这里将网易云信的注册 注销掉
        NimAccountSDK.onlineStatusListen(mOnlineStatusObserver, false);
        NimUserInfoSDK.observeUserInfoUpdate(userInfoobserver, false);
        NimFriendSDK.observeFriendChangedNotify(changedNotifyObserver, false);
        NimSystemSDK.observeReceiveSystemMsg(systemMessageObserver, false);
        NimTeamSDK.observeTeamRemove(teamobserver, false);
    }

另在低版本上因输入法引起的内存泄漏解决方法：

@Override
protected void onDestroy() {
  unRegisterBroadcastReceiver();
  super.onDestroy();
  // InputMethodManagerdManager
  // mServedView
  // mNextServedView
  method("mServedView");
  method("mNextServedView");
}

// 暴力置null（反射）
public void method(String attr){
  InputMethodManager im = (InputMethodManager)getSystemService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE);
  try {
    Field field = InputMethodManager.class.getDeclaredField(attr);
    field.setAccessible(true);
    Object curView = field.get(im);
    if(null != curView){
      Context context = ((View)curView).getContext();
      if(context == this){
        field.set(im,null);
      }
    }
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }
}

3.4 内存优化总结

3.4.1 工具使用

  • 使用Memory profiler检测内存抖动；
  • 使用MAT检测内存泄漏；
  • 使用LeakCannary线下监控；
  • 采用Glide等三方库加载图片。

3.4.2 优化点

  • 避免在for循环里分配对象占用内存；
  • 自定义View的onDraw方法避免执行复杂的方法与创建对象；
  • 采用对象池模型解决频繁创建与销毁；
  • 对bitmap做缩放，重用bitmap；
  • 配置LargeHeap属性；
  • 在onTrimMemory进行处理；
  • 使用松散数组：SparseArray,ArrayMap。