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安卓LeakCanary原理解析

2018-07-12  本文已影响8人  android框架安卓

前几天面试,问到了我内存泄漏的相关问题,顺其自然问到了内存泄漏的检测工具LeakCanary的工作原理。当时不会,在看了几篇博文后,明白了其中的道理,理一下思路记录在此。

准备知识

ReferenceQueue

引用队列,对于弱引用和软引用来说,若需要知道该引用是否已被GC回收,那么在构造WeakReference或SoftReference时,传入一个ReferenceQueue。那么当这个引用被回收后,就可以通过ReferenceQueue.poll()或remove()拿到该引用,做额外处理,例如清理数据等。下面看一个例子,也是网上唯一关于ReferenceQueue的例子,很好理解,直接拿过来用。

publicclassRefTest{

privatestaticReferenceQueue rq =newReferenceQueue();

privatestaticint_1M =1024*1024;

publicstaticvoidmain(String[] args){

Objectvalue=newObject();

Map map =newHashMap<>();

Thread thread =newThread(() -> {

try{

intcnt =0;

WeakReference k;

while((k = (WeakReference) rq.remove()) !=null) {

System.out.println((cnt++) +"回收了:"+ k);

}

}catch(InterruptedException e) {

//结束循环

}

});

thread.setDaemon(true);

thread.start();

for(inti =0;i <10000;i++) {

byte[] bytes =newbyte[_1M];

//注意构造弱引用时传入rq

WeakReference weakReference =newWeakReference(bytes, rq);

map.put(weakReference,value);

}

System.out.println("map.size->"+ map.size());

}

}

结果:

9992回收了:java.lang.ref.WeakReference@1d13cd4

9993回收了:java.lang.ref.WeakReference@118b73a

9994回收了:java.lang.ref.WeakReference@1865933

9995回收了:java.lang.ref.WeakReference@ad82c

map.size->10000

检测泄漏步骤

一般情况下,检测activity是否泄漏,首先第一步,获得activity被销毁的信息,也就是要监听到activity的生命周期方法。接下来,既然这个activity已经被destory了,那么它理应被GC回收,也就是第二步,判断该对象(activity)是否被回收。若回收了那就是没泄漏,若判断该对象没被回收,说明该对象泄漏了,进行第三步,展示泄漏信息。总结下:

1、监听activity被销毁的消息

2、判断该activity是否被销毁

3、根据步骤2结果展示泄漏信息

从LeakCanary源码分析原理

对于应用来说,在Application.onCreate()中调用一句LeakCanary.install(this)即可,也就是说对于LeakCanary来说,传入一个application对象即可启动检测内存泄漏功能。那我们从该行代码向内部探究:

publicstaticRefWatcherinstall(Application application){

returnrefWatcher(application).listenerServiceClass(DisplayLeakService.class)

.excludedRefs(AndroidExcludedRefs.createAppDefaults().build())

.buildAndInstall();

}

有一定经验的老程可以看出,这里是标准的建造者模式,每一个方法返回的都是Builder保证以流式调用。那我们看看构造一个RefWatcher需要建造哪些组件

AndroidRefWatchBuilder.listenerServiceClass()

publicAndroidRefWatcherBuilder listenerServiceClass(

ClasslistenerServiceClass){

returnheapDumpListener(newServiceHeapDumpListener(context, listenerServiceClass));

}

往下走进入AndroidRefWatchBuilder父类方法RefWatcherBuilder.heapDumpListener():

/**@seeHeapDump.Listener */

publicfinalT heapDumpListener(HeapDump.Listener heapDumpListener) {

this.heapDumpListener = heapDumpListener;

returnself();

}

可以看到,这里给成员变量heapDumpListener赋值,也就是说,接下来build Watcher时,需要builder提供heapDumpListener。(不熟悉的同学可以先看看建造者模式)这个变量的作用我们暂时不做研究,后续讲。

第二个方法exludedRefs,同样也是给Builder的成员变量赋值:

/**@seeExcludedRefs */

publicfinalT excludedRefs(ExcludedRefs excludedRefs) {

this.excludedRefs = excludedRefs;

returnself();

}

重点是设置好成员变量后,调用buildAndInstall()方法,如下:

publicRefWatcherbuildAndInstall(){

if(LeakCanaryInternals.installedRefWatcher !=null) {

thrownewUnsupportedOperationException("buildAndInstall() should only be called once.");

}

//调用build方法构造

RefWatcher refWatcher = build();

if(refWatcher != DISABLED) {

LeakCanary.enableDisplayLeakActivity(context);

if(watchActivities) {

//传入build好的RefWatch,调用静态方法进行install

ActivityRefWatcher.install((Application) context, refWatcher);

}

}

LeakCanaryInternals.installedRefWatcher = refWatcher;

returnrefWatcher;

}

build()方法没什么好讲的,完全是build设计模式,构造出一个RefWatcher,我们进入install方法:

publicstaticvoidinstall(Application application, RefWatcher refWatcher){

newActivityRefWatcher(application, refWatcher).watchActivities();

}

构造ActivityRefWatcher并调用watchActivities()监控activity,其实我们可以从ActivityRefWatcher这个类的名字看出,它是负责监控Activity的,那么,我们想想作为第三方应用来说,如何监控应用内的每一个Activity?可以通过系统提供给我们的接口ActivityLifecycleCallbacks,该接口的回调方法与activity生命周期回调方法对应,每当有activity创建或销毁时,可以通过回调方法通知外部,watchActivities方法每部就是采用的这个接口:

publicvoidwatchActivities(){

// Make sure you don't get installed twice.

stopWatchingActivities();

application.registerActivityLifecycleCallbacks(lifecycleCallbacks);

}

我们看下变量lifecycleCallbacks:

privatefinalApplication.ActivityLifecycleCallbacks lifecycleCallbacks =

newApplication.ActivityLifecycleCallbacks() {

@OverridepublicvoidonActivityCreated(Activity activity, Bundle savedInstanceState){

}

@OverridepublicvoidonActivityStarted(Activity activity){

}

@OverridepublicvoidonActivityResumed(Activity activity){

}

@OverridepublicvoidonActivityPaused(Activity activity){

}

@OverridepublicvoidonActivityStopped(Activity activity){

}

@OverridepublicvoidonActivitySaveInstanceState(Activity activity, Bundle outState){

}

@OverridepublicvoidonActivityDestroyed(Activity activity){

ActivityRefWatcher.this.onActivityDestroyed(activity);

}

};

可以看到,这里只监控了activityDestory,当有activity被销毁时,交给onActivityDestoryed()处理,onActivityDestory方法:

voidonActivityDestroyed(Activity activity){

refWatcher.watch(activity);

}

交给watcher处理。到此,我们完成了第一步:监听activity销毁信息

接下来,研究下watch()方法是如何判断activity是否泄漏的,这里便用到了预备知识中所讲的ReferenceQueue。watch方法:

publicvoidwatch(Object watchedReference, String referenceName){

if(this== DISABLED) {

return;

}

checkNotNull(watchedReference,"watchedReference");

checkNotNull(referenceName,"referenceName");

finallongwatchStartNanoTime = System.nanoTime();

String key = UUID.randomUUID().toString();

retainedKeys.add(key);

finalKeyedWeakReference reference =

newKeyedWeakReference(watchedReference, key, referenceName, queue);

ensureGoneAsync(watchStartNanoTime, reference);

}

注意,这里将activity、唯一生成的key、还有queue(是一个ReferenceQueue,在watcher构造时new出来的)构造一个KeyedWeakReference。并将key值存入retainKeys中保管。该类是WeakReference的子类,如下:

finalclassKeyedWeakReferenceextendsWeakReference

publicfinalString key;

publicfinalString name;

KeyedWeakReference(Object referent, String key, String name,

ReferenceQueue

super(checkNotNull(referent,"referent"), checkNotNull(referenceQueue,"referenceQueue"));

this.key = checkNotNull(key,"key");

this.name = checkNotNull(name,"name");

}

}

这里,我们将activity包装弱引用,并添加了referenceQueue,那么当该activity被GC回收时,我们就可以从referenceQueue中获取该activity的reference。

接下来直接看核心方法ensureGone

Retryable.ResultensureGone(finalKeyedWeakReference reference,finallongwatchStartNanoTime){

longgcStartNanoTime = System.nanoTime();

longwatchDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(gcStartNanoTime - watchStartNanoTime);

//将已被回收的activity对象的keyedWeakReference的key值从retainedKeys中删除,以达到

//过滤目的

removeWeaklyReachableReferences();

if(debuggerControl.isDebuggerAttached()) {

// The debugger can create false leaks.

returnRETRY;

}

//如果retainedKeys中不存在reference,说明它已经被回收,返回

if(gone(reference)) {

returnDONE;

}

//手动调用GC

gcTrigger.runGc();

//再次过滤

removeWeaklyReachableReferences();

//若retainedKeys中还存在该reference(还没有被滤掉),则判断为该reference泄漏,进行下一步dump内存快照

//展示泄漏信息

if(!gone(reference)) {

longstartDumpHeap = System.nanoTime();

longgcDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(startDumpHeap - gcStartNanoTime);

File heapDumpFile = heapDumper.dumpHeap();

if(heapDumpFile == RETRY_LATER) {

// Could not dump the heap.

returnRETRY;

}

longheapDumpDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startDumpHeap);

heapdumpListener.analyze(

newHeapDump(heapDumpFile, reference.key, reference.name, excludedRefs, watchDurationMs,

gcDurationMs, heapDumpDurationMs));

}

returnDONE;

}

看下removeWeakReachableReferences()方法:

privatevoidremoveWeaklyReachableReferences(){

// WeakReferences are enqueued as soon as the object to which they point to becomes weakly

// reachable. This is before finalization or garbage collection has actually happened.

KeyedWeakReferenceref;

//若queue中存在该keyedWeakReference,则说明该keyedWeakReference对应的activity已被回收

while((ref= (KeyedWeakReference) queue.poll()) !=null) {

//从retainedKeys中移除,则retainedKeys剩下的就是泄漏的

retainedKeys.remove(ref.key);

}

}

gone()方法:

privatebooleangone(KeyedWeakReference reference){

return!retainedKeys.contains(reference.key);

}

这一部分,注释写的比较清楚,就不再赘述,可以对照代码理解。当该activity被判断为泄漏,就要进行第三步:展示泄漏信息,也就是获取dumpheap以及对这个dumpheap进行analyze。调用比较简单,而逻辑实现又是依托另外一个项目:HAHA。调用如下:

//若retainedKeys中还存在该reference(还没有被滤掉),则判断为该reference泄漏,进行下一步dump内存快照

//展示泄漏信息

if(!gone(reference)) {

longstartDumpHeap = System.nanoTime();

longgcDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(startDumpHeap - gcStartNanoTime);

//获取dump文件

File heapDumpFile = heapDumper.dumpHeap();

if(heapDumpFile == RETRY_LATER) {

// Could not dump the heap.

returnRETRY;

}

longheapDumpDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startDumpHeap);

//调用heapdumpListener.analyze进行分析

heapdumpListener.analyze(

newHeapDump(heapDumpFile, reference.key, reference.name, excludedRefs, watchDurationMs,

gcDurationMs, heapDumpDurationMs));

}

这里的heapdumpListener就是第一步构造watcher时,builder中创建的heapdumpListener。追下去可以看到ServiceHeapDumpListener这个类封装了analyze逻辑:

@Overridepublicvoidanalyze(HeapDump heapDump){

checkNotNull(heapDump,"heapDump");

HeapAnalyzerService.runAnalysis(context, heapDump, listenerServiceClass);

}

追进去runAnalysis()方法中就是启动一个服务处理heapDump:

publicstaticvoid runAnalysis(Context context, HeapDump heapDump,

ClasslistenerServiceClass){

Intent intent =newIntent(context, HeapAnalyzerService.class);

intent.putExtra(LISTENER_CLASS_EXTRA, listenerServiceClass.getName());

intent.putExtra(HEAPDUMP_EXTRA, heapDump);

context.startService(intent);

}

在HeapAnalyzerService.onHandIntent()中收到启动服务请求,调用checkForLeak:

@Override

protectedvoidonHandleIntent(Intent intent){

if(intent ==null) {

CanaryLog.d("HeapAnalyzerService received a null intent, ignoring.");

return;

}

String listenerClassName = intent.getStringExtra(LISTENER_CLASS_EXTRA);

HeapDump heapDump = (HeapDump) intent.getSerializableExtra(HEAPDUMP_EXTRA);

HeapAnalyzer heapAnalyzer =newHeapAnalyzer(heapDump.excludedRefs);

AnalysisResult result = heapAnalyzer.checkForLeak(heapDump.heapDumpFile, heapDump.referenceKey);

AbstractAnalysisResultService.sendResultToListener(this, listenerClassName, heapDump, result);

}

关键方法checkForLeak():

publicAnalysisResult checkForLeak(File heapDumpFile, String referenceKey) {

long analysisStartNanoTime = System.nanoTime();

if(!heapDumpFile.exists()) {

Exceptionexception=newIllegalArgumentException("File does not exist: "+ heapDumpFile);

returnfailure(exception, since(analysisStartNanoTime));

}

try{

HprofBuffer buffer =newMemoryMappedFileBuffer(heapDumpFile);

HprofParser parser =newHprofParser(buffer);

//将heapDumpFile转化为Snapshot

Snapshot snapshot = parser.parse();

deduplicateGcRoots(snapshot);

//找到泄漏对象引用

Instance leakingRef = findLeakingReference(referenceKey, snapshot);

// False alarm, weak reference was cleared in between key check and heap dump.

if(leakingRef ==null) {

returnnoLeak(since(analysisStartNanoTime));

}

//返回泄漏对象的最短路径

returnfindLeakTrace(analysisStartNanoTime, snapshot, leakingRef);

}catch(Throwable e) {

returnfailure(e, since(analysisStartNanoTime));

}

}

上面的checkForLeak方法就是输入.hprof,输出分析结果,主要有以下几个步骤:

1.把.hprof转为Snapshot,这个Snapshot对象就包含了对象引用的所有路径

2.精简gcroots,把重复的路径删除,重新封装成不重复的路径的容器

3.找出泄漏的对象

4.找出泄漏对象的最短路径

这里重点分析一下第三步:

privateInstancefindLeakingReference(String key, Snapshot snapshot){

//找到快照中的KeyedWeakReference类对象

ClassObj refClass = snapshot.findClass(KeyedWeakReference.class.getName());

List keysFound =newArrayList<>();

//遍历这个类的所有实例

for(Instance instance : refClass.getInstancesList()) {

List values = classInstanceValues(instance);

//key值和最开始定义封装的key值相同,说明该实例是泄漏对象

String keyCandidate = asString(fieldValue(values,"key"));

if(keyCandidate.equals(key)) {

returnfieldValue(values,"referent");

}

keysFound.add(keyCandidate);

}

thrownewIllegalStateException(

"Could not find weak reference with key "+ key +" in "+ keysFound);

}

到这里就分析结束了,其实我们可以从LeakCanary中学习到很多内容,在编码时借鉴,例如建造者模式、解耦、过滤等。

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