Android内存管理(一)

声明:大部分内容为从其他文章中摘录感兴趣的部分,只为记录给自己看。

Stack由操作系统控制,其中主要存储函数地址、函数参数、局部变量等等,所以Stack空间不需要很大,一般为几MB大小。

Heap空间由程序控制,程序员可以使用malloc、new、free、delete等函数调用来操作这片地址空间。Heap为程序完成各种复杂任务提供内存空间,所以空间比较大,一般为几百MB到几GB。

进程的内存空间只是虚拟内存(或者叫做逻辑内存),而程序的运行需要的是实实在在的内存,即物理内存(RAM)。在必要时,操作系统会将程序运行中申请的内存(虚拟内存)映射到RAM,让进程能够使用物理内存。

Android中的进程
(1)native进程:采用C/C++实现,不包含dalvik实例的进程,/system/bin/目录下的程序文件运行后都是以native进程形式存在的。
(2)java进程:Android中运行于dalvik虚拟机之上的进程。dalvik虚拟机的宿主进程由fork()系统调用创建,所以每一个Java进程都是存在于一个native进程中。因此,java进程的内存分配比native进程复杂,因为进程中存在一个虚拟机实例。

Android的java程序为什么容易出现OOM?这个是因为Android系统对dalvik的vm heapsize做了硬性限制,当java进程申请的java空间超过阈值时,就会抛出OOM异常(这个阈值可以是48M、24M、16M等,视机型而定),可以通过adb shell getprop | grep dalvik.vm.heapsize查看此值。

这样的设计似乎有些不合理,但Google的目的是为了让Android系统能同时让比较多的进程常驻内存,这样程序启动时就不用每次都重新加载到内存,能够给用户更快的响应。

如果RAM真的不足,这时Android的memory killer会起作用,当RAM所剩不多时,memory killer会杀死一些优先级比较低的进程来释放物理内存,让高优先级程序得到更多的内存。

可以使用adb shell cat /proc/meminfo查看RAM使用情况。
使用adb shell dumpsys meminfo + packagename/pid查看进程的内存信息。

对于一些大型的应用程序(如游戏),内存使用会比较多,很容易超出vm heapsize的限制,这时怎么保证程序不会因为OOM而崩溃呢?

  • 创建子进程
    创建一个新的进程,那么我们就可以把一些对象分配到新进程的heap上了。当然,创建子进程会增加系统开销,而且并不是所有应用都适合这样做。创建子进程的方法:使用android:process标签。
  • 使用jni在native heap上申请空间(推荐)
    nativeheap的增长并不受dalvik vm heapsize的限制。
  • 使用显存
    使用OpenGL textures等API,texture memory不受dalvik vm heapsize限制,比如Android中的GraphicBufferAllocator申请的内存就是显存。

Android中常见的内存泄漏
1、单例(主要原因是因为一般情况下单例都是全局的,有时候会引用一些实际生命周期比较短的变量,导致无法释放)
2、静态变量(同样也是因为生命周期比较长)
3、Handler内存泄漏
4、匿名内部类(匿名内部类会引用外部类,导致无法释放,比如各种回调)
5、资源使用完未关闭(BroadcastReceiver、ContentObserver、File、Cursor、Stream、Bitmap)

对于Android内存泄漏,LeakCanary是最知名的优秀组件。其原理是监控每个activity,在activity onDestroy后,在后台线程检测引用,然后过一段时间进行gc,gc后如果引用还在,那么dump出内存堆栈,并解析进行可视化显示。

但有时候APP本身就是有一些比较耗内存的功能,比如直播、视频播放、音乐播放,我们还能做什么可以降低内存使用,减少OOM呢?

分辨率适配问题

很多情况下图片所占的内存在整个App内存占用中会占大部分。我们知道可以通过将图片放到hdpi/xhdpi/xxhdpi等不同文件夹进行适配,通过xml android:background设置背景图片,或者通过BitmapFactory.decodeResource()方法,图片实际上默认情况下是会进行缩放的。在java层实际调用的函数都是通过BitmapFactory里的decodeResourceStream函数。

decodeResource在解析时会对Bitmap根据当前设备屏幕像素密度densityDPI的值进行缩放适配操作,使得解析出来的Bitmap与当前设备的分辨率匹配,达到一个最佳的显示效果,并且Bitmap的大小将比原始的大。

尽管现在已经有比较先进的图片加载组件类似Glide,Fresco等,但是有时就是需要手动拿到一个bitmap或者drawable,特别是在一些可能会频繁调用的场景(如ListView的getView),怎样尽可能对bitmap进行复用呢?这里可以简单自己用WeakReference做一个bitmap缓存池,也可以用类似图片加载库写一个统一的bitmap缓存池,可以参考GlideBitmapPool的实现。

图片压缩

BitmapFactory在解码图片时,可以带一个Options,有一些比较有用的功能,比如:

  • inTargetDensity 表示要被画出来时的目标像素密度
  • inSampleSize 当它小于1时,会被当做1处理,大于1会按比例(1 / inSampleSize)缩小bitmap的宽和高、降低分辨率,大于1时这个值将会被处置为2的倍数。
  • inJustDecodeBounds 字面意思就可以理解为只解析图片的边界,有时如果只是为了获取图片的大小就可以用这个,而不必直接加载整张图片。
  • inPurgeable和inInputShareable 这两个需要一起使用,BitmapFactory的源码里有注释,大致意思是表示在系统内存不足时是否可以回收这个bitmap,有点类似软引用,但实际在5.0以后这两个属性已经被忽略,因为系统认为回收后再解码实际会反而可能导致性能问题。
  • inBitmap 官方推荐使用的参数,表示重复利用图片内存,减少内存分配,在4.4以前只有相同大小的图片内存区域可以复用,4.4以后只要原有的图片比将要解码的图片大即可复用了。

缓存池大小

现在很多图片加载组件都不仅仅使用软引用或者弱引用了,实际上类似Glide默认使用的是LruCache,因为软引用、弱引用都比较难以控制,使用LruCache可以实现比较精细的控制,而默认缓存池设置太大了会导致浪费内存,设置小了又会导致图片经常被回收,所以需要根据每个App的情况,以及设备的分辨率,内存计算出一个比较合理的初始值,可以参考Glide的做法。

内存抖动

Android里内存抖动是指内存频繁地分配和回收,而频繁的gc会导致卡顿,严重时还会导致OOM。一个经典的案例是String拼接创建大量小的对象。

而内存抖动为什么会引起OOM呢?主要原因还是因为大量小的对象频繁创建,导致内存碎片,从而当需要分配内存时,虽然总体上还是有剩余内存可分配,而由于这些内存不连续,导致无法分配,系统就直接OOM了。

其他

常用数据结构优化,ArrayMap及SparseArray是Android的系统API,是专门为移动设备而定制的。用于在一定情况下取代HashMap而达到节省内存的目的,具体性能见HashMap、ArrayMap、SparseArray源码分析及性能对比。对于key为int的HashMap尽量使用SparseArray替代,大概可以省30%的内存,而对于其他类型,ArrayMap对内存的节省实际并不明显,10%左右,但是数据量在1000以上时,查找速度可能会变慢。

枚举,Android平台枚举是比较争议的,在较早的Android版本,使用枚举会导致包过大。随着虚拟机的优化,目前枚举变量在Android平台性能问题已经不大,而目前Android官方建议,使用枚举变量还是需要谨慎,因为枚举变量可能比直接用int多使用2倍的内存。

ListView复用,getView里尽量复用convertView,同时因为getView会频繁调用,要避免频繁地生成对象。

谨慎使用多进程,现在很多APP都不是单进程,为了保活,或者提高稳定性都会进行一些进程拆分,而实际上即使是空进程也会占用内存(1M左右),对于使用完的进程,服务都要及时进行回收。

尽量使用系统资源,系统组件,图片甚至控件的id。

减少view的层级,对于可以延迟初始化的页面,使用viewstub。

数据相关:序列化数据使用protobuf可以比xml省30%内存,慎用sharedpreference,因为对于同一个sp,会将整个xml文件载入内存,有时候为了读一个配置,就会将几百k的数据读进内存。数据库字段尽量精简,只提取所需字段。

dex优化,代码优化,谨慎使用外部库。有人觉得代码多少于内存没有关系,实际会有那么点关系,现在稍微大一点的项目动辄就是百万行代码以上,多dex也是常态,不仅占用rom空间,实际上运行的时候需要家长dex也是会占用内存的(几M),有时候为了使用一些库里的某个功能函数就引入了整个庞大的库,此时可以考虑抽取必要的部分,开启proguard优化代码,使用Facebook redex优化dex(好像有不少坑)。

当我们接到一个内存优化任务时,应该从何开始?

1、首先是解决大部分内存泄漏,接入LeakCanary
2、通过MAT查看内存占用,优化占用内存较大的地方
3、对RDM上的OOM进行分析
4、同时对一些逻辑代码进行调整,如APP主页的tab进行数据延迟加载和定时回收

总结,我们可以通过各种内存泄漏检测组件,MAT查看内存占用,Memory Monitor跟踪整个APP的内存变化情况,Heap Viewer查看当前内存快照,Allocation Tracker追踪内存对象的来源,以及利用崩溃上报平台从多方面对App内存进行监控和优化。

参考

【腾讯Bugly干货分享】Android内存优化总结&实践

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