Android 内存管理

Android系统是基于Linux 2.6内核开发的开源操作系统,而linux系统的内存管理有其独特的动态存储管理机制。
不过Android系统对Linux的内存管理机制进行了优化,Linux系统会在进程活动停止后就结束该进程,而Android把这些进程都保留在内存中,直到系统需要更多内存为止。这些保留在内存中的进程通常情况下不会影响整体系统的运行速度,并且当用户再次激活这些进程时,提升了进程的启动速度。

Android内存管理包含两部分,一部分是Framework对内存的管理一部分是Linux内核对内存管理,这两部分共同决定应用程序的生命周期。

在Android中,大部分应用程序都运行在一个独立的Linux进程中,每个进程都有独立的内存空间。随着各种应用程序启动,系统内存不断下降,为了保证新应用能够运行,Android需要一套机制杀死暂时闲置的进程。

Android Framework并不能直接回收内存,其管理进程的服务(ActivityManagerService,以下简称AmS)也同应用程序一样运行在Java虚拟机环境里。Java虚拟机都运行在各自独立的内存空间,所以ActivityManagerService没有办法感知应用程序是否OOM。

Android系统中还运行了一个OOM进程。该进程启动时首先会在Linux内核中把自己注册为一个OOM Killer。AmS需要把每一个应用程序的oom_adj值告知OOM Killer,这个值的范围在-16到15之间,值越低,说明越重要,这个值类似于Linux中的nice值,只在标准的Linux中,有其自己的OOM Killer。Android中的OOM Killer进程仅仅适用于Android应用程序。

当内核的内存管理模块检测到系统内存不足时就会通知OOM Killer,然后OOM Killer根据AmS所告知的优先级强制退出优先级低的应用程序。

Android 内存管理机制

基于Linux内核OOM Killer的核心思想,Android 系统扩展出了自己的内存监控体系。因为Linux下的内存杀手需要等到系统资源”濒临绝境”的情况下才会产生效果。
而Android则实现了自己的Killer。Android 系统为此开发了一个专门的驱动,名为Low Memory Killer(LMK)。源码路径在内核工程的drivers/staging/android/Lowmemorykiller.c中。

它的驱动加载函数如下:

static int __init lowmem_init(void)
{
    register_shrinker(&lowmem_shrinker);
    return 0;
}

当系统的空闲页面低于一定阈值时,这个回调就会被执行。

Lowmemorykiller.c 中定义了两个数组,分别如下:

static short lowmem_adj[6] = {
    0,
    1,
    6,
   12,
 };
static int lowmem_adj_size = 4;//下面的数值以此为单位(页大小)
static int lowmem_minfree[6] = {
    3 * 512,    /* 6MB */
    2 * 1024,   /* 8MB */
    4 * 1024,   /* 16MB */
    16 * 1024,  /* 64MB */
};
  • 第一个数组lowmem_adj最多有6个元素,默认只定义了4个,它表示可用容量处于”某层级”时需要被处理的adj值;

  • 第二个数组则是对”层级”的描述。举个例子,lowmem_minfree 的第一个元素是3*512*lowmem_adj_size=6MB,意味着当可用内存小于6MB时,Killer需要清理adj的值为0(即lowmem_adj的第一个元素)以下的那些进程。其中adj的取值范围是-17~15,数字越小表示进程级别越高,通常只有0-15被使用。

Android 内存管理_第1张图片

android进程优先级

android将进程的优先级分为5个层次,按照优先级由高到低排列如下:

  1. 前台进程(Foreground process):它表明用户正在与该进程进行交互操作,android系统依据下面的条件来将一个进程标记为前台进程:

    • 该进程持有一个用户正在与其交互的Activity(也就是这个activity的生命周期方法走到了onResume()方法)。
    • 该进程持有一个Service,并且这个Service与一个用户正在交互中的Activity进行绑定。
    • 该进程持有一个前台运行模式的Service(也就是这个Service调用了startForegroud()方法)。
    • 该进程持有一个正在执行生命周期方法(onCreate()、onStart()、onDestroy()等)的Service。
    • 该进程持有一个正在执行onReceive()方法的BroadcastReceiver。
      一般情况下,不会有太多的前台进程。杀死前台进程是操作系统最后无可奈何的做法。当内存严重不足的时候,前台进程一样会被杀死。
  2. 可见进程(Visible process):它表明虽然该进程没有持有任何前台组件,但是它还是能够影响到用户看得到的界面。android系统依据下面的条件将一个进程标记为可见进程:

    • 该进程持有一个非前台Activity,但这个Activity依然能被用户看到(也就是这个Activity调用了onPause()方法)。例如,当一个activity启动了一个对话框,这个activity就被对话框挡在后面。
    • 该进程持有一个与可见(或者前台)Activity绑定的Service。
  3. 服务进程(Service process):除了符合前台进程和可见进程条件的Service,其它的Service都会被归类为服务进程。

  4. 后台进程(Background process):持有不可见Activity(调用了onStop()方法)的进程即为后台进程。通常情况下都会有很多后台进程,当内存不足的时候,在所有的后台进程里面,会按照LRU(最近使用)规则,优先回收最长时间没有使用过的进程。

  5. 空进程(Empty process):不持有任何活动组件的进程。保持这种进程只有一个目的,就是为了缓存,以便下一次启动该进程中的组件时能够更快响应。当资源紧张的时候,系统会平衡进程缓存和底层的内核缓存情况进行回收。

前台>可见>服务>后台>空

如果一个进程同时满足上述5种优先级中的多个等级条件,android系统会优先选取其中最高的等级作为该进程的优先级。

内存管理机制的特点

  1. 更少的占用内存;
  2. 在合理的时候,合理的释放内存;
  3. 在系统内存紧张的情况下,能释放大部分不重要的的资源,来为Android提供可用的资源;
  4. 能够很合理的在特殊生命周期中,保存和回复还原重要数据,以至于系统能够正确的重新恢复该应用。

一些内存优化的方法

  1. 当Service完成任务后,尽量停止它,或者用intentService代替;
  2. 在UI不可见的时候,释放掉一些只有UI使用的资源;
  3. 在系统资源内存紧张的时候,尽可能多的释放掉一些非重要资源;
  4. 避免滥用Bitmap导致的内存浪费,参见Here
  5. 使用针对内存优化过的数据容器
  6. 避免使用依赖注入的框架
  7. 使用ZIP对其APK
  8. 使用多进程
  9. 在内存引用上做些处理,常用的有软引用、强化引用、弱引用
  10. 在内存中加载图片时直接在内存中作处理,如边界压缩
  11. 动态回收内存
  12. 优化Dalvik虚拟机的堆内存分配
  13. 自定义堆内存大小

节制的使用Service

如果应用程序需要使用Service来执行后台任务的话,只有当任务正在执行的时候才应该让Service运行起来。当启动一个Service时,系统会倾向于将这个Service所依赖的进程进行保留,系统可以在LRUcache当中缓存的进程数量也会减少,导致切换程序的时候耗费更多性能。我们可以使用IntentService,当后台任务执行结束后会自动停止,避免了Service的内存泄漏。

当界面不可见时释放内存

当用户打开了另外一个程序,我们的程序界面已经不可见的时候,我们应当将所有和界面相关的资源进行释放。重写Activity的onTrimMemory()方法,然后在这个方法中监听TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN这个级别,一旦触发说明用户离开了程序,此时就可以进行资源释放操作了。

当内存紧张时释放内存

onTrimMemory()方法还有很多种其他类型的回调,可以在手机内存降低的时候及时通知我们,我们应该根据回调中传入的级别来去决定如何释放应用程序的资源。

避免在Bitmap上浪费内存

读取一个Bitmap图片的时候,千万不要去加载不需要的分辨率。可以压缩图片等操作。

是有优化过的数据集合

Android提供了一系列优化过后的数据集合工具类,如SparseArray、SparseBooleanArray、LongSparseArray,使用这些API可以让我们的程序更加高效。HashMap工具类会相对比较低效,因为它需要为每一个键值对都提供一个对象入口,而SparseArray就避免掉了基本数据类型转换成对象数据类型的时间。

知晓内存的开支情况

  • 使用枚举通常会比使用静态常量消耗两倍以上的内存,尽可能不使用枚举
  • 任何一个Java类,包括匿名类、内部类,都要占用大概500字节的内存空间
  • 任何一个类的实例要消耗12-16字节的内存开支,因此频繁创建实例也是会在一定程序上影响内存的
  • 使用HashMap时,即使你只设置了一个基本数据类型的键,比如说int,但是也会按照对象的大小来分配内存,大概是32字节,而不是4字节,因此最好使用优化后的数据集合

谨慎使用抽象编程

在Android使用抽象编程会带来额外的内存开支,因为抽象的编程方法需要编写额外的代码,虽然这些代码根本执行不到,但是也要映射到内存中,不仅占用了更多的内存,在执行效率上也会有所降低。所以需要合理的使用抽象编程。

尽量避免使用依赖注入框架

使用依赖注入框架貌似看上去把findViewById()这一类的繁琐操作去掉了,但是这些框架为了要搜寻代码中的注解,通常都需要经历较长的初始化过程,并且将一些你用不到的对象也一并加载到内存中。这些用不到的对象会一直站用着内存空间,可能很久之后才会得到释放,所以可能多敲几行代码是更好的选择。

使用多个进程 谨慎使用,

多数应用程序不该在多个进程中运行的,一旦使用不当,它甚至会增加额外的内存而不是帮我们节省内存。这个技巧比较适用于哪些需要在后台去完成一项独立的任务,和前台是完全可以区分开的场景。比如音乐播放,关闭软件,已经完全由Service来控制音乐播放了,系统仍然会将许多UI方面的内存进行保留。在这种场景下就非常适合使用两个进程,一个用于UI展示,另一个用于在后台持续的播放音乐。关于实现多进程,只需要在Manifast文件的应用程序组件声明一个android:process属性就可以了。进程名可以自定义,但是之前要加个冒号,表示该进程是一个当前应用程序的私有进程。


参考并感谢

  1. Android内存管理机制详解
  2. Android 内存管理机制详解
  3. Android 内存优化总结&实践

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