第八章 性能优化 之 内存优化（一）
文章目录
- （一）Android内存泄露
- 1、Java内存基础知识
- 1.1）JVM（java虚拟机：java程序运行环境）内存——栈、堆、方法区
- 1.2）垃圾回收机制
- （1）什么是垃圾回收机制？
- （2）怎样的对象会被回收？——无任何对象引用的对象
- （3）如何判断对象是否存活——可达性分析法
- 1.3）Java的四种引用
- （1）强引用
- （2）软引用
- （3）弱引用
- （4）虚引用
- 2、内存泄露与内存溢出
- 2.1）内存泄露（ML）
- 2.2）内存溢出（OOM）
- 2.3）内存泄露本质原因
- 2.4）Android内存管理机制
- 1、简介
- 2、针对进程的内存策略
- a.内存分配策略
- b.内存回收策略
- 步骤1：Application Framework决定回收的进程类型
- 步骤2：Linux内核真正回收具体进程
- 3、针对对象、变量的内存策略
- a.内存分配策略
- b.内存释放策略
- 2.5）常见内存泄露原因&解决方法
- 2.5.1）集合类
- 2.5.2）Static关键字修饰的成员变量
- 注：静态成员变量有个非常典型的例子 = 单例模式
- 2.5.3）非静态内部类/匿名类
- 2.5.3.1）非静态内部类的实例 = 静态
- 2.5.3.2）多线程：AsyncTask、实现Runnable接口、继承Thread类
- 2.5.3.3）消息传递机制：Handler
- 2.5.4）资源对象使用后未关闭
- 2.5.5）其他使用
- 2.5.6）总结
- 2.6）内存泄露分析工具
- 1、MAT(Memory Analysis Tools)
- 2、Heap Viewer
- 3、Allocation Tracker
- 4、Android Studio 的 Memory Monitor
- 5、LeakCanary
- （二）Android内存优化
- 1、介绍
- 2、常见内存问题&优化方案
- 2.1内存泄露
- 2.2内存抖动
- 2.3图片Bitmap相关
- 2.4代码质量 & 数量
- 2.5常见不正确使用
- 2.5.1）Adapter、ListView
- 2.5.2）服务Service
- 2.5.3）依赖注入框架
- 2.5.4）多进程
- 2.6补充
- 2.6.1）内存优化的终极方案
- 2.6.2）额外技巧
- 3、辅助内存优化的分析工具
- 4、总结
（一）Android内存泄露
1、Java内存基础知识
1.1）JVM（java虚拟机：java程序运行环境）内存——栈、堆、方法区
（1）栈（stack）FIFO
栈中只存放基本类型和对象的引用，如：局部参数，方法变量，参数，返回值等
（2）堆（heap）
堆内存用于虚拟机启动时存放new的对象实例、数组，由JVM垃圾回收机制管理。JVM只有一个堆区为所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身
（3）方法区（method）
被所有的线程共享。方法区包含所有的class（类的模板，包括属性、方法）
1.2）垃圾回收机制
（1）什么是垃圾回收机制？
垃圾回收(Garbage Collection)是Java虚拟机(JVM)垃圾回收器提供的一种用于在空闲时间不定时回收无任何对象引用的对象占据的内存空间的一种机制。
（2）怎样的对象会被回收？——无任何对象引用的对象
（3）如何判断对象是否存活——可达性分析法
由图论引入，程序把所有引用关系看做一张有向图，从一个结点GC Root开始，寻找对应的引用结点，找到这个结点后继续寻找这个结点的引用结点，根顶点可以到达的对象都是有效对象，GC不会回收这些对象。如果某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么我们认为这个(这些)对象不再被引用，可以被GC回收。
Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
a) 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中本地变量表）
b) 方法区中类静态属性引用的对象
c) 方法区中常量引用的对象
d) 本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象
e) Thread——活着的线程
1.3）Java的四种引用
（1）强引用
实际编码中最常见的一种引用类型。常见形式如：A a = new A();等。
（2）软引用
A a = new A();
SoftReference srA = new SoftReference(a);
软引用所指示的对象进行垃圾回收需要满足如下两个条件：
1.当其指示的对象没有任何强引用对象指向它；
2.当虚拟机内存不足时
（3）弱引用
A a = new A();
WeakReference wrA = new WeakReference(a);
WeakReference不改变原有强引用对象的垃圾回收时机，一旦其指示对象没有任何强引用对象时，此对象即进入正常的垃圾回收流程。
（4）虚引用
2、内存泄露与内存溢出
2.1）内存泄露（ML）
当一个对象已经不需要再使用本该被回收时，另外一个正在使用的对象持有它的引用从而导致它不能被回收，这导致本该被回收的对象不能被回收而停留在堆内存中，这就产生了内存泄漏。
2.2）内存溢出（OOM）
程序向系统申请的内存空间超出了系统能给的。由于Android的每个应用程序都会用一个专用的Dalvik虚拟机实例（进程）运行，如果程序内存移除，Android只会kill该进程，不会影响其他进程使用。
当应用程序中产生的内存泄露较多，容易导致应用程序所需内存超出系统分配的内存限额，从而导致内存溢出
2.3）内存泄露本质原因
当一个对象不再被使用，本该被GC回收时，而因有另外一个正在使用的对象持有它的引用，从而导致它不能被程序回收而停留在堆内存中
故本质原因为：
持有引用者的生命周期>被引用者的生命周期
注：由于Java存在垃圾回收机制，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
2.4）Android内存管理机制
1、简介
Android内存管理机制=内存分配机制+内存回收/释放机制
管理的内存对象包括进程、对象、变量。
管理的角色有Application Framework、Dalvik虚拟机、Linux内核。
其中 Application Framework 与 Linux内核 负责对 进程 进行内存的分配&回收
Dalvik虚拟机 负责对 对象、变量 进行内存的分配&回收
2、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
- ActivityManagerService 对 所有进程进行评分（评分存放在变量adj中）
- 更新评分到Linux 内核 由Linux
- 内核完成真正的内存回收
详细过程可研究源码ActivityManagerService.java
3、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
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
实例
public class Sample {
// 该类的实例对象的成员变量s1、mSample1 & 指向对象存放在堆内存中
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
public void method() {
int s2 = 0;
Sample mSample2 = new Sample();
}
}
// 变量mSample3的引用存放在栈内存中
// 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也存放在堆内存中
Sample mSample3 = new Sample();
b.内存释放策略
对象 / 变量（堆式分配）的内存释放 由Java垃圾回收器（GC） / 帧栈 负责
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：
- 标记-清除 算法
- 复制算法
- 标记-整理算法
- 分代收集 算法
2.5）常见内存泄露原因&解决方法
2.5.1）集合类
- 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
// 通过 循环申请Object 对象 & 将申请的对象逐个放入到集合List
List- 解决
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
// 释放objectList
objectList.clear();
objectList=null;
2.5.2）Static关键字修饰的成员变量
- 原因
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
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
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
（1）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
（2）使用 弱引用（WeakReference） 代替 强引用 持有实例
注：静态成员变量有个非常典型的例子 = 单例模式
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
- 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
// 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
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;
}
}
2.5.3）非静态内部类/匿名类
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3种情况，分别是：非静态内部类的实例 = 静态、多线程、消息传递机制（Handler）
2.5.3.1）非静态内部类的实例 = 静态
- 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
// 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
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
2.5.3.2）多线程：AsyncTask、实现Runnable接口、继承Thread类
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
- 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 - 实例
/**
* 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
解决方案1：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
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：使得 工作线程实例的生命周期 与 外部类的生命周期 同步
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
}
2.5.3.3）消息传递机制：Handler
- 原因
当Handler消息队列 还有未处理的消息 / 正在处理消息时，存在引用关系： “未被处理 / 正处理的消息 -> Handler实例 -> 外部类”
若出现 Handler的生命周期 > 外部类的生命周期 时（即 Handler消息队列 还有未处理的消息 / 正在处理消息 而 外部类需销毁时），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
解决方案1：静态内部类+弱引用
private static class FHandler extends Handler{
// 定义 弱引用实例
private WeakReference reference;
// 在构造方法中传入需持有的Activity实例
public FHandler(Activity activity) {
// 使用WeakReference弱引用持有Activity实例
reference = new WeakReference(activity); }
// 通过复写handlerMessage() 从而确定更新UI的操作
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 1:
Log.d(TAG, "收到线程1的消息");
break;
case 2:
Log.d(TAG, " 收到线程2的消息");
break;
}
}
}
解决方案2：当外部类结束生命周期时，清空Handler内消息队列
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
// 外部类Activity生命周期结束时，同时清空消息队列 & 结束Handler生命周期
}
2.5.4）资源对象使用后未关闭
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
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
2.5.5）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
2.5.6）总结
2.6）内存泄露分析工具
1、MAT(Memory Analysis Tools)
简介：一个Eclipse的 Java Heap 内存分析工具
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
2、Heap Viewer
简介：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
3、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
4、Android Studio 的 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
5、LeakCanary
简介：一个square出品的Android开源库
作用：检测内存泄露
（二）Android内存优化
1、介绍
优化处理 应用程序的内存使用、空间占用
避免因不正确使用内存 & 缺乏管理，从而出现 内存泄露（ML）、内存溢出（OOM）、内存空间占用过大 等问题，最终导致应用程序崩溃（Crash）
2、常见内存问题&优化方案
2.1内存泄露
见前 常见内存泄露原因&解决方法
2.2内存抖动
1、定义：内存大小不断浮动的现象
2、原因：由于大量、临时的小对象频繁创建，导致程序频繁地分配内存 & 垃圾回收器（GC）频繁回收内存
垃圾收集器（GC）频繁地回收内存会导致卡顿，甚至内存溢出（OOM）——大量、临时的小对象频繁创建会导致内存碎片，使得当需分配内存时，虽总体上有剩余内存可分配，但由于这些内存不连续，导致无法模块分配。系统则视为内存不够，故导致内存溢出OOM
3、优化：尽量避免频繁创建大量、临时的小对象
2.3图片Bitmap相关
1、定义：Android系统分配给每个应用程序的内存有限。而图片资源非常消耗内存（Bitmap），很多情况下，图片所占内存沾整个App内存的大部分。容易造成OOM
2、优化：
（1）使用完毕后释放图片资源
（2）根据分辨率适配&缩放图片
（3）按需选择合适的解码方式
使用BitmapFactory.inPreferredConfig设置合适的解码方式
（4）设置图片缓存
（5）总结
2.4代码质量 & 数量
原因：
代码本身的质量（如 数据结构、数据类型等） & 数量（代码量的大小）可能会导致大量的内存问题，如占用内存大、内存利用率低等
优化：
主要从代码总量、数据结构、数据类型、 & 数据对象引用 方面优化，具体如下
2.5常见不正确使用
2.5.1）Adapter、ListView
原因：在滑动ListView获取最新View时，容易频繁生成大量对象，即每次在getView中重新实例化1个View对象，不仅浪费资源、时间、也将使得内存占用越来越大，从而使得内存泄露。
解决：ListView复用、缓存优化，具体如下：1、使用缓存convertView2、直接使用ViewHolder
备注：初始时，ListView会根据当前的屏幕布局，从Adapter中实例化一定数量的View对象，同时ListView会将这些View对象缓存起来
当向上、下滚动ListView时，原先位于最上、下的List Item的View对象会被回收，然后被用来构造新出现的最下面List Item。
a.这个构造过程由getView()方法完成，来向ListView提供每一个Item所需要的View对象
b.getView()的第二个形参View convertView = 被缓存起来的list item的View对象
c.初始化时缓存中没有view对象，则convertView = null
2.5.2）服务Service
原因：当启动常驻服务Service时，系统会优先保持服务在后台不断运行。服务Service使用的内存不能做其他事情&会减少系统的LRU缓存处理数目，最终导致App使用、切换效率低，从而导致内存应用效率低
解决：
1、尽量减少使用常驻服务Service
2、尽量使用IntentService控制Service的生命周期（当Service执行完所有任务时（intent）会自动停止）
2.5.3）依赖注入框架
原因：框架运行方式：通过注解方式扫描代码，从而执行一系列初始化，该运行方式把一些我们不需要的大量代码映射到内存中，被映射后的数据被分配到干净的内存中，很长一段时间不会使用，从而造成了内存大量浪费
解决：避免使用依赖注入框架
备注：依赖注入框架的作用：通过简单代码&自适应环境 即可进行有用的测试和其他配置的更改
2.5.4）多进程
原因：进程占用内存（空进程也占用内存IM）
解决：尽量少用多进程
备注：为了保活&提高稳定性，很多App都会将进程拆分=多进程
2.6补充
2.6.1）内存优化的终极方案
调大 虚拟机Dalvik的堆内存大小
即 在AndroidManifest.xml的application标签中增加一个android:largeHeap属性（值 = true），从而通知虚拟机 应用程序需更大的堆内存
但不建议 & 不鼓励该做法
2.6.2）额外技巧
技巧1：获取当前可使用的内存大小
调用 ActivityManager.getMemoryClass（）方法可获取当前应用可用的内存大小（单位 = 兆）
技巧2：获取当前的内存使用情况
在应用生命周期的任何阶段，调用 onTrimMemory()获取应用程序 当前内存使用情况（以内存级别进行识别），可根据该方法返回的内存紧张级别参数 来释放内存
技巧3：当视图变为隐藏状态时，则释放内存
当用户跳转到不同的应用 & 视图不再显示时, 应释放应用视图所占的资源
3、辅助内存优化的分析工具
见内存泄露分析工具
4、总结
