Android 效能優化:手把手帶你全面瞭解記憶體洩露

Carson_Ho發表於2018-01-22

Android 效能優化:手把手帶你全面瞭解記憶體洩露


前言

  • Android中,記憶體洩露的現象十分常見;而記憶體洩露導致的後果會使得應用Crash
  • 本文 全面介紹了記憶體洩露的本質、原因 & 解決方案,最終提供一些常見的記憶體洩露分析工具,希望你們會喜歡。

目錄

示意圖


1. 簡介

  • ML (Memory Leak)
  • 指 程式在申請記憶體後,當該記憶體不需再使用 但 卻無法被釋放 & 歸還給 程式的現象

2. 對應用程式的影響

  • 容易使得應用程式發生記憶體溢位,即 OOM

記憶體溢位 簡介:

示意圖


3. 發生記憶體洩露的本質原因

  • 具體描述

示意圖

  • 特別注意 從機制上的角度來說,由於 Java存在垃圾回收機制(GC),理應不存在記憶體洩露;出現記憶體洩露的原因僅僅是外部人為原因 = 無意識地持有物件引用,使得 持有引用者的生命週期 > 被引用者的生命週期

4. 基礎知識:Java 管理記憶體的方式

Java的記憶體管理 = 物件 / 變數的記憶體分配 + 記憶體釋放

  • 物件 / 變數的記憶體分配 由程式 負責
  • 物件 / 變數的記憶體釋放 由Java垃圾回收器(GC) / 幀棧 負責

下面,將詳細講解記憶體分配 & 記憶體釋放策略

4.1 記憶體分配策略

  • 共有3種:靜態分配、棧式分配、 & 堆式分配,分別面向靜態變數、區域性變數 & 物件例項
  • 具體介紹如下

示意圖

注:用1個例項講解 記憶體分配

public class Sample {    
    // 該類的例項物件的成員變數s1、mSample1 & 指向物件存放在堆記憶體中
    int s1 = 0;
    Sample mSample1 = new Sample();   
 	
 	// 方法中的區域性變數s2、mSample2存放在 棧記憶體
 	// 變數mSample2所指向的物件例項存放在 堆記憶體
 	  // 該例項的成員變數s1、mSample1也存放在棧中
    public void method() {        
        int s2 = 0;
        Sample mSample2 = new Sample();
    }
}
	// 變數mSample3所指向的物件例項存放在堆記憶體中
	// 該例項的成員變數s1、mSample1也存放在堆記憶體中
    Sample mSample3 = new Sample();

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4.2 記憶體釋放策略

此處主要講解物件分配(即堆式分配)的記憶體釋放策略 = Java垃圾回收器(GC

由於靜態分配不需釋放、棧式分配僅 通過幀棧自動出、入棧,較簡單,故不詳細描述

  • Java垃圾回收器(GC)的記憶體釋放 = 垃圾回收演算法,主要包括:

垃圾收集演算法型別

  • 具體介紹如下

總結


5. 常見的記憶體洩露原因 & 解決方案

5.1 集合類

  • 記憶體洩露原因 集合類 新增元素後,仍引用著 集合元素物件,導致該集合元素物件不可被回收,從而 導致記憶體洩漏

  • 例項演示

// 通過 迴圈申請Object 物件 & 將申請的物件逐個放入到集合List
List<Object> objectList = new ArrayList<>();        
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object o = new Object();
            objectList.add(o);
            o = null;
        }
// 雖釋放了集合元素引用的本身:o=null)
// 但集合List 仍然引用該物件,故垃圾回收器GC 依然不可回收該物件
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  • 解決方案 集合類 新增集合元素物件 後,在使用後必須從集合中刪除

由於1個集合中有許多元素,故最簡單的方法 = 清空集合物件 & 設定為null

 // 釋放objectList
        objectList.clear();
        objectList=null;
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5.2 Static 關鍵字修飾的成員變數

  • 儲備知識 被 Static 關鍵字修飾的成員變數的生命週期 = 應用程式的生命週期

  • 洩露原因 若使被 Static 關鍵字修飾的成員變數 引用耗費資源過多的例項(如Context),則容易出現該成員變數的生命週期 > 引用例項生命週期的情況,當引用例項需結束生命週期銷燬時,會因靜態變數的持有而無法被回收,從而出現記憶體洩露

  • 例項講解

public class ClassName {
 // 定義1個靜態變數
 private static Context mContext;
 //...
// 引用的是Activity的context
 mContext = context; 

// 當Activity需銷燬時,由於mContext = 靜態 & 生命週期 = 應用程式的生命週期,故 Activity無法被回收,從而出現記憶體洩露

}
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  • 解決方案
  1. 儘量避免 Static 成員變數引用資源耗費過多的例項(如 Context

若需引用 Context,則儘量使用ApplicaitonContext

  1. 使用 弱引用(WeakReference) 代替 強引用 持有例項

注:靜態成員變數有個非常典型的例子 = 單例模式

  • 儲備知識 單例模式 由於其靜態特性,其生命週期的長度 = 應用程式的生命週期

  • 洩露原因 若1個物件已不需再使用 而單例物件還持有該物件的引用,那麼該物件將不能被正常回收 從而 導致記憶體洩漏

  • 例項演示

// 建立單例時,需傳入一個Context
// 若傳入的是Activity的Context,此時單例 則持有該Activity的引用
// 由於單例一直持有該Activity的引用(直到整個應用生命週期結束),即使該Activity退出,該Activity的記憶體也不會被回收
// 特別是一些龐大的Activity,此處非常容易導致OOM

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context; // 傳遞的是Activity的context
    }  
  
    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}
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  • 解決方案 單例模式引用的物件的生命週期 = 應用的生命週期

如上述例項,應傳遞ApplicationContext,因Application的生命週期 = 整個應用的生命週期

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context.getApplicationContext(); // 傳遞的是Application 的context
    }    

    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}
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5.3 非靜態內部類 / 匿名類

  • 儲備知識 非靜態內部類 / 匿名類 預設持有 外部類的引用;而靜態內部類則不會
  • 常見情況 3種,分別是:非靜態內部類的例項 = 靜態、多執行緒、訊息傳遞機制(Handler

5.3.1 非靜態內部類的例項 = 靜態

  • 洩露原因 若 非靜態內部類所建立的例項 = 靜態(其生命週期 = 應用的生命週期),會因 非靜態內部類預設持有外部類的引用 而導致外部類無法釋放,最終 造成記憶體洩露

即 外部類中 持有 非靜態內部類的靜態物件

  • 例項演示
// 背景:
   a. 在啟動頻繁的Activity中,為了避免重複建立相同的資料資源,會在Activity內部建立一個非靜態內部類的單例
   b. 每次啟動Activity時都會使用該單例的資料

public class TestActivity extends AppCompatActivity {  
    
    // 非靜態內部類的例項的引用
    // 注:設定為靜態  
    public static InnerClass innerClass = null; 
   
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {        
        super.onCreate(savedInstanceState);   

        // 保證非靜態內部類的例項只有1個
        if (innerClass == null)
            innerClass = new InnerClass();
    }

    // 非靜態內部類的定義    
    private class InnerClass {        
        //...
    }
}

// 造成記憶體洩露的原因:
	// a. 當TestActivity銷燬時,因非靜態內部類單例的引用(innerClass)的生命週期 = 應用App的生命週期、持有外部類TestActivity的引用
	// b. 故 TestActivity無法被GC回收,從而導致記憶體洩漏
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  • 解決方案
    1. 將非靜態內部類設定為:靜態內部類(靜態內部類預設不持有外部類的引用)
    2. 該內部類抽取出來封裝成一個單例
    3. 儘量 避免 非靜態內部類所建立的例項 = 靜態

若需使用Context,建議使用 ApplicationContext

5.3.2 多執行緒:AsyncTask、實現Runnable介面、繼承Thread類

  • 儲備知識 多執行緒的使用方法 = 非靜態內部類 / 匿名類;即 執行緒類 屬於 非靜態內部類 / 匿名類
  • 洩露原因 當 工作執行緒正在處理任務 & 外部類需銷燬時, 由於 工作執行緒例項 持有外部類引用,將使得外部類無法被垃圾回收器(GC)回收,從而造成 記憶體洩露
  1. 多執行緒主要使用的是:AsyncTask、實現Runnable介面 & 繼承Thread
  2. 前3者記憶體洩露的原理相同,此處主要以繼承Thread類 為例說明
  • 例項演示
   /** 
     * 方式1:新建Thread子類(內部類)
     */  
        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);

            // 通過建立的內部類 實現多執行緒
            new MyThread().start();

        }
        // 自定義的Thread子類
        private class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 方式2:匿名Thread內部類
     */ 
     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);

        // 通過匿名內部類 實現多執行緒
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }.start();
    }
}


/** 
  * 分析:記憶體洩露原因
  */ 
  // 工作執行緒Thread類屬於非靜態內部類 / 匿名內部類,執行時預設持有外部類的引用
  // 當工作執行緒執行時,若外部類MainActivity需銷燬
  // 由於此時工作執行緒類例項持有外部類的引用,將使得外部類無法被垃圾回收器(GC)回收,從而造成 記憶體洩露
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  • 解決方案 從上面可看出,造成記憶體洩露的原因有2個關鍵條件:
  1. 存在 ”工作執行緒例項 持有外部類引用“ 的引用關係
  2. 工作執行緒例項的生命週期 > 外部類的生命週期,即工作執行緒仍在執行 而 外部類需銷燬

解決方案的思路 = 使得上述任1條件不成立 即可。

// 共有2個解決方案:靜態內部類 & 當外部類結束生命週期時,強制結束執行緒
// 具體描述如下

   /** 
     * 解決方式1:靜態內部類
     * 原理:靜態內部類 不預設持有外部類的引用,從而使得 “工作執行緒例項 持有 外部類引用” 的引用關係 不復存在
     * 具體實現:將Thread的子類設定成 靜態內部類
     */  
        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);

            // 通過建立的內部類 實現多執行緒
            new MyThread().start();

        }
        // 分析1:自定義Thread子類
        // 設定為:靜態內部類
        private static class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 解決方案2:當外部類結束生命週期時,強制結束執行緒
     * 原理:使得 工作執行緒例項的生命週期 與 外部類的生命週期 同步
     * 具體實現:當 外部類(此處以Activity為例) 結束生命週期時(此時系統會呼叫onDestroy()),強制結束執行緒(呼叫stop())
     */ 
     @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Thread.stop();
        // 外部類Activity生命週期結束時,強制結束執行緒
    }
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5.3.3 訊息傳遞機制:Handler

具體請看文章:Android 記憶體洩露:詳解 Handler 記憶體洩露的原因

5.4 資源物件使用後未關閉

  • 洩露原因 對於資源的使用(如 廣播BraodcastReceiver、檔案流File、資料庫遊標Cursor、圖片資源Bitmap等),若在Activity銷燬時無及時關閉 / 登出這些資源,則這些資源將不會被回收,從而造成記憶體洩漏

  • 解決方案 在Activity銷燬時 及時關閉 / 登出資源

// 對於 廣播BraodcastReceiver:登出註冊
unregisterReceiver()

// 對於 檔案流File:關閉流
InputStream / OutputStream.close()

// 對於資料庫遊標cursor:使用後關閉遊標
cursor.close()

// 對於 圖片資源Bitmap:Android分配給圖片的記憶體只有8M,若1個Bitmap物件佔記憶體較多,當它不再被使用時,應呼叫recycle()回收此物件的畫素所佔用的記憶體;最後再賦為null 
Bitmap.recycle();
Bitmap = null;
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5.5 其他使用

  • 除了上述4種常見情況,還有一些日常的使用會導致記憶體洩露
  • 主要包括:ContextWebViewAdapter,具體介紹如下

示意圖

5.6 總結

下面,我將用一張圖總結Android中記憶體洩露的原因 & 解決方案

示意圖


6. 記憶體洩露的分析工具

  • 哪怕完全瞭解 記憶體洩露的原因,但難免還是會出現記憶體洩露的現象
  • 下面將簡單介紹記憶體洩露的分析工具

6.1 具體工具

  • Android StudioMonitor
  • EclipseMAT(Memory Analysis Tools) :http://www.eclipse.org/mat/
  • YourKit:https://www.yourkit.com/

具體使用:http://jiajixin.cn/2015/01/06/memory_leak/

6.2 Android 開源庫

  • LeakCanarysquare出品)
  • BlockCanary

a. 具體介紹:https://github.com/square/leakcanary b. 具體使用:https://www.liaohuqiu.net/cn/posts/leak-canary/


7. 總結

  • 本文 全面介紹了記憶體洩露的本質、原因 & 解決方案,希望大家在開發時儘量避免出現記憶體洩露

  • 下一篇文章我將對講解Android 效能優化的相關知識,有興趣可以繼續關注Carson_Ho的安卓開發筆記


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