Android内存优化分析

2020-06-22 本文已影响0人 Coder_Sven

1.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
具体介绍如下

memory_tenet.jpg

用一个实例讲解内存分配

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();

2.内存释放策略

对象 / 变量的内存释放由Java垃圾回收器（GC） / 帧栈负责
此处主要讲解对象分配（即堆式分配）的内存释放策略 = Java垃圾回收器（GC）
Java垃圾回收器（GC）的内存释放 = 垃圾回收算法，主要包括：

1，标记清除算法

image-20200622152612023.png

2，复制算法

image-20200622152649280.png

3，标记压缩算法

image-20200622152724291.png

4，分代收集算法

image-20200622153025818.png

具体介绍如下

memory.jpg

3.常见的内存问题&优化方案

常见的内存问题如下

1.内存泄漏

2.内存抖动

3.图片Bitmap相关

4.代码质量&数量

5.日常不正确使用

3.1内存泄漏

简介：指程序在申请内存后，当该内存不需再使用 但却无法被释放 & 归还给程序的现象
对应用程序的影响：内存溢出

oom.jpg
发生内存泄漏的本质原因

oom_reson.jpg
常见内存泄漏原因

1.集合类

2.static关键字修饰的成员变量

3.非静态内部类/匿名类

4.资源对象使用后未关闭

3.2优化方案

1.集合类

内存泄漏原因

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
实例演示

// 通过 循环申请Object 对象 & 将申请的对象逐个放入到集合List
List<Object> objectList = new ArrayList<>();        
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object o = new Object();
            objectList.add(o);
            o = null;
        }
        // 虽释放了集合元素引用的本身：o=null）
// 但集合List 仍然引用该对象，故垃圾回收器GC 依然不可回收该对象

解决方案

集合类添加集合元素对象后，在使用后必须从集合中删除

// 释放objectList
        objectList.clear();
        objectList=null;

2.Static关键字修饰的成员变量

储备知识

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
泄漏原因

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

实例讲解

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

}

解决方案

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

储备知识

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
泄漏原因

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

实例演示

// 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;
    }
}

解决方案

单例模式引用的对象的生命周期 = 应用的生命周期

public class SingleInstanceClass {
    private static SingleInstanceClass instance;
    private Context mContext;
    private SingleInstanceClass(Context context) {
        this.mContext = context; 
    }

    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context.getApplicationContext());// 传递的是Application 的context
        }
        return instance;
    }
}

3.非静态内部类/匿名类

储备知识

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
常见情况

3种，分别是：非静态内部类的实例 = 静态、多线程、消息传递机制（Handler）

第一种.非静态内部类的实例=静态

泄漏原因

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

实例演示

// 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

解决方案

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

4.若需使用Context,建议使用Application的Context

第二种：多线程：AsyncTask,实现Runnable接口，继承Thread类

储备知识

多线程的使用方法= 非静态内部类/匿名类
泄漏原因

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
实例演示（三者内存泄漏原理相同，这里以Thread类为例说明）

  /** 
     * 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

解决方案

从上面可看出，造成内存泄漏的原因有2个关键条件：

1.存在“工作线程实例持有外部类引用”的引用关系

2.工作线程实例的生命周期>外部类的生命周期，即工作线程仍在运行而外部类销毁

解决方案的思路 = 使得上述任一条件不成立即可

// 共有2个解决方案：静态内部类 & 当外部类结束生命周期时，强制结束线程
// 具体描述如下

   /** 
     * 解决方式1：静态内部类
     * 原理：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
     * 具体实现：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：当外部类结束生命周期时，强制结束线程
     * 原理：使得 工作线程实例的生命周期 与 外部类的生命周期 同步
     * 具体实现：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
    }

第三种：消息传递机制：Handler

储备知识

主线程的Looper对象的生命周期 = 该应用程序的生命周期
实例演示

   /** 
     * 方式1：新建Handler子类（内部类）
     */  
    public class MainActivity extends AppCompatActivity {

            public static final String TAG = "carson：";
            private Handler showhandler;

            // 主线程创建时便自动创建Looper & 对应的MessageQueue
            // 之后执行Loop()进入消息循环
            @Override
            protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
                super.onCreate(savedInstanceState);
                setContentView(R.layout.activity_main);

                //1. 实例化自定义的Handler类对象->>分析1
                //注：此处并无指定Looper，故自动绑定当前线程(主线程)的Looper、MessageQueue
                showhandler = new FHandler();

                // 2. 启动子线程1
                new Thread() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        // a. 定义要发送的消息
                        Message msg = Message.obtain();
                        msg.what = 1;// 消息标识
                        msg.obj = "AA";// 消息存放
                        // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                        showhandler.sendMessage(msg);
                    }
                }.start();

                // 3. 启动子线程2
                new Thread() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            Thread.sleep(5000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        // a. 定义要发送的消息
                        Message msg = Message.obtain();
                        msg.what = 2;// 消息标识
                        msg.obj = "BB";// 消息存放
                        // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                        showhandler.sendMessage(msg);
                    }
                }.start();

            }

            // 分析1：自定义Handler子类
            class FHandler extends Handler {

                // 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;


                    }
                }
            }
        }

   /** 
     * 方式2：匿名Handler内部类
     */ 
     public class MainActivity extends AppCompatActivity {

        public static final String TAG = "carson：";
        private Handler showhandler;

        // 主线程创建时便自动创建Looper & 对应的MessageQueue
        // 之后执行Loop()进入消息循环
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);

            //1. 通过匿名内部类实例化的Handler类对象
            //注：此处并无指定Looper，故自动绑定当前线程(主线程)的Looper、MessageQueue
            showhandler = new  Handler(){
                // 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;
                        }
                    }
            };

            // 2. 启动子线程1
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // a. 定义要发送的消息
                    Message msg = Message.obtain();
                    msg.what = 1;// 消息标识
                    msg.obj = "AA";// 消息存放
                    // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                    showhandler.sendMessage(msg);
                }
            }.start();

            // 3. 启动子线程2
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // a. 定义要发送的消息
                    Message msg = Message.obtain();
                    msg.what = 2;// 消息标识
                    msg.obj = "BB";// 消息存放
                    // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                    showhandler.sendMessage(msg);
                }
            }.start();

        }
}

泄漏原因

上述的Handler实例的消息队列有2个分别来自线程1，2的消息。在Handler消息队列还有未处理的消息/正在处理消息时，消息队列中的Message持有Handler实例的引用。由于Handler = 非静态内部类 / 匿名内部类（2种使用方式），故又默认持有外部类的引用（即MainActivity实例），引用关系如下图

handler.webp.jpg
在Handler消息队列还有未处理的消息 / 正在处理消息时，此时若需销毁外部类MainActivity，但由于上述引用关系，垃圾回收器（GC）无法回收MainActivity，从而造成内存泄漏

解决方案

从上面可看出，造成内存泄漏的原因有两个关键条件：

1，存在“未被处理 / 正处理的消息 -> Handler实例 -> 外部类” 的引用关系

2，Handler的生命周期 > 外部类的生命周期

解决方案的思路 = 使得上述任一条件不成立即可

方案一：静态内部类+弱引用

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    public static final String TAG = "carson：";
    private Handler showhandler;

    // 主线程创建时便自动创建Looper & 对应的MessageQueue
    // 之后执行Loop()进入消息循环
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        //1. 实例化自定义的Handler类对象->>分析1
        //注：
            // a. 此处并无指定Looper，故自动绑定当前线程(主线程)的Looper、MessageQueue；
            // b. 定义时需传入持有的Activity实例（弱引用）
        showhandler = new FHandler(this);

        // 2. 启动子线程1
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // a. 定义要发送的消息
                Message msg = Message.obtain();
                msg.what = 1;// 消息标识
                msg.obj = "AA";// 消息存放
                // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                showhandler.sendMessage(msg);
            }
        }.start();

        // 3. 启动子线程2
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // a. 定义要发送的消息
                Message msg = Message.obtain();
                msg.what = 2;// 消息标识
                msg.obj = "BB";// 消息存放
                // b. 传入主线程的Handler & 向其MessageQueue发送消息
                showhandler.sendMessage(msg);
            }
        }.start();

    }

    // 分析1：自定义Handler子类
    // 设置为：静态内部类
    private static class FHandler extends Handler{

        // 定义 弱引用实例
        private WeakReference<Activity> 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>(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;


            }
        }
    }
}

方案二：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
    }

使用建议

为了保证Handler中消息队列中的所有消息都能被执行，此处推荐使用解决方案1解决内存泄露问题，即 静态内部类 + 弱引用的方式

4,资源对象使用后未关闭

泄漏原因

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

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漏
主要包括：Context,Webview,Adapter等

other.jpg

3.3总结

总结.jpg

3.4 内存泄漏分析工具

MAT(Memory Analysis Tools)
Heap Viewer
Allocation Tracker
Android Studio 的 Memory Monitor
LeakCanary

3.5 内存抖动

抖动.jpg

优化方案

尽量避免频繁创建大量临时的小对象