【转发】作为Android开发人员,我们或多或少都听说过内存泄漏。那么何为内存泄漏,Android中的内存泄漏又是什么样子的呢,本文将简单概括的进行一些总结。
关于内存泄露的定义,我可以理解成这样
没有用的对象无法回收的现象就是内存泄露
如果程序发生了内存泄露,则会带来如下的问题
- 应用可用的内存减少,增加了堆内存的压力
- 降低了应用的性能,比如会触犯更频繁的GC
- 严重的时候可能会导致内存溢出错误,即OOM Error
在正式介绍内存泄露之前,我们有必要介绍一些必要的预备知识。
预备知识1: Java中的对象
- 当我们使用
new
指令生成对象时,堆内存将会为此开辟一份空间存放该对象 - 创建的对象可以被局部变量,实例变量和类变量引用。
- 通常情况下,类变量持有的对象生命周期最长,实例变量次之,局部变量最短。
- 垃圾回收器回收非存活的对象,并释放对应的内存空间。
预备知识2:Java中的GC
- 和C++不同,对象的释放不需要手动完成,而是由垃圾回收器自动完成。
- 垃圾回收器运行在JVM中
- 通常GC有两种算法:引用计数和GC根节点遍历
引用计数
- 每个对象有对应的引用计数器
- 当一个对象被引用(被复制给变量,传入方法中),引用计数器加1
- 当一个对象不被引用(离开变量作用域),引用计数器就会减1
- 基于这种算法的垃圾回收器效率较高
- 循环引用的问题引用计数算法的垃圾回收器无法解决。
- 主流的JVM很少使用基于这种算法的垃圾回收器实现。
GC根节点遍历
- 识别对象为垃圾从被称为GC 根节点出发
- 每一个被遍历的强引用可到达对象,都会被标记为存活
- 在遍历结束后,没有被标记为存活的对象都被视为垃圾,需要后续进行回收处理
- 主流的JVM一般都采用这种算法的垃圾回收器实现
以上图为例,我们可以知道
- 最下层的两个节点为GC Roots,即GC Tracing的起点
- 中间的一层的对象,可以强引用到达GC根节点,所以被标记为存活
- 最上层的三个对象,无法强引用达到GC根节点,所以无法标记为存活,也就是所谓的垃圾,需要被后续回收掉。
上面的垃圾回收中,我们提到的两个概念,一个是GC根节点,另一个是强引用
在Java中,可以作为GC 根节点的有
- 类,由系统类加载器加载的类。这些类从不会被卸载,它们可以通过静态属性的方式持有对象的引用。注意,一般情况下由自定义的类加载器加载的类不能成为GC Roots
- 线程,存活的线程
- Java方法栈中的局部变量或者参数
- JNI方法栈中的局部变量或者参数
- JNI全局引用
- 用做同步监控的对象
- 被JVM持有的对象,这些对象由于特殊的目的不被GC回收。这些对象可能是系统的类加载器,一些重要的异常处理类,一些为处理异常预留的对象,以及一些正在执行类加载的自定义的类加载器。但是具体有哪些前面提到的对象依赖于具体的JVM实现。
提到强引用,有必要系统说一下Java中的引用类型。Java中的引用类型可以分为一下四种:
- 强引用: 默认的引用类型,例如
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
就是buffer变量持有的为StringBuilder的强引用类型。 - 软引用:即SoftReference,其指向的对象只有在内存不足的时候进行回收。
- 弱引用:即WeakReference,其指向的对象在GC执行时会被回收。
- 虚引用:即PhantomReference,与ReferenceQueue结合,用作记录该引用指向的对象已被销毁。
补充了预备知识,我们就需要具体讲一讲Android中的内存泄漏了。
Android中的内存泄漏
归纳而言,Android中的内存泄漏有以下几个特点:
- 相对而言,Android中的内存泄漏更加容易出现。
- 由于Android系统为每个App分配的内存空间有限,在一个内存泄漏严重的App中,很容易导致OOM,即内存溢出错误。
- 内存泄漏会随着App的推出而消失(即进程结束)。
在Android中的内存泄漏场景有很多,按照类型划分可以归纳为
- 长期持有(Activity)Context导致的
- 忘记注销监听器或者观察者
- 由非静态内部类导致的
此外,如果按照泄漏的程度,可以分为
- 长时间泄漏,即泄漏只能等待进程退出才消失
- 短时间泄漏,被泄漏的对象后续会被回收掉。
长时间持有Activity实例
在Android中,Activity是我们常用的组件,通常情况下,一个Activity会包含了一些复杂的UI视图,而视图中如果含有ImageView,则有可能会使用比较大的Bitmap对象。因而一个Activity持有的内存会相对很多,如果造成了Activity的泄漏,势必造成一大块内存无法回收,发生泄漏。
这里举个简单的例子,说明Activity的内存泄漏,比如我们有一个叫做AppSettings的类,它是一个单例模式的应用。
1 |
|
当我们传入Activity作为Context参数时,则AppSettings实例会持有这个Activity的实例。
当我们旋转设备时,Android系统会销毁当前的Activity,创建新的Activity来加载合适的布局。如果出现Activity被单例实例持有,那么旋转过程中的旧Activity无法被销毁掉。就发生了我们所说的内存泄漏。
想要解决这个问题也不难,那就是使用Application的Context对象,因为它和AppSettings实例具有相同的生命周期。这里是通过使用Context.getApplicationContext()
方法来实现。所以修改如下
1 |
|
忘记反注册监听器
在Android中我们会使用很多listener,observer。这些都是作为观察者模式的实现。当我们注册一个listener时,这个listener的实例会被主题所引用。如果主题的生命周期要明显大于listener,那么就有可能发生内存泄漏。
以下面的代码为例
1 |
|
上述代码处理的业务,可以理解为
- AppCompatActivity实现了OnNetworkChangedListener接口,用来监听网络的可用性变化
- NetworkManager为单例模式实现,其registerListener接收了MainActivity实例
又是单例模式,可知NetworkManager会持有MainActivity的实例引用,因而屏幕旋转时,MainActivity同样无法被回收,进而造成了内存泄漏。
对于这种类型的内存泄漏,解决方法是这样的。即在MainActivity的onDestroy方法中加入反注销的方法调用。
1 |
|
非静态内部类导致的内存泄漏
在Java中,非静态内部类会隐式持有外部类的实例引用。想要了解更多,可以参考这篇文章细话Java:”失效”的private修饰符
通常情况下,我们会书写类似这样的代码
1 |
|
其中上面的SensorListner实例是一个匿名内部类的实例,也是非静态内部类的一种。因此SensorListner也会持有外部SensorListenerActivity的实例引用。
而SensorManager作为单例模式实现,其生命周期与Application相同,和SensorListner对象生命周期不同,有可能间接导致SensorListenerActivity发生内存泄漏。
解决这种问题的方法可以是
- 使用实例变量存储SensonListener实例,在Activity的onDestroy方法进行反注册。
- 如果registerListener方法可以修改,可以使用弱引用或者WeakHashMap来解决。
除了上面的三种场景外,Android的内存泄漏还有可能出现在以下情况
- 使用
Activity.getSystemService()
使用不当,也会导致内存泄漏。 - 资源未关闭也会造成内存泄漏
- Handler使用不当也可以造成内存泄漏的发生
- 延迟的任务也可能导致内存泄漏
解决内存泄漏
想要解决内存泄漏无非如下两种方法
- 手动解除不必要的强引用关系
- 使用弱引用或者软引用替换强引用关系
下面会简单介绍一些内存泄漏检测和解决的工具
Strictmode
- StrictMode,严格模式,是Android中的一种检测VM和线程违例的工具。
- 使用
detectAll()
或者detectActivityLeaks()
可以检测Activity的内存泄漏 - 使用
setClassInstanceLimit()
可以限定类的实例个数,可以辅助判断某些类是否发生了内存泄漏 - 但是StrictMode只能检测出现象,并不能提供更多具体的信息。
- 了解更多关于StrictMode,请访问Android性能调优利器StrictMode
Android Memory Monitors
Android Memory Monitor内置于Android Studio中,用于展示应用内存的使用和释放情况。它大致长成这个样子
当你的App占用的内存持续增加,而且你同时出发GC,也没有进行释放,那么你的App很有可能发生了内存泄漏问题。
LeakCanary
- LeakCanary是一个检测Java和Android内存泄漏的库
- 由Square公司开发
- 集成LeakCanary之后,只需要等待内存泄漏出现就可以了,无需认为进行主动检测。
- 关于如何使用LeakCanary,可以参考这篇文章 Android内存泄漏检测利器:LeakCanary
Heap Dump
- 一个Heap dump就是某一时间点的内存快照
- 它包含了某个时间点的Java对象和类信息。
- 我们可以通上述提到的Android Heap Monitor进行Heap Dump,当然LeakCanary也会生成Heap Dump文件。
- 生成的Heap Dump文件扩展名为.hprof 即Heap Profile.
- 通常情况下,一个heap profile需要转换后才能被MAT使用分析。
Shallow Heap VS Retained Heap
- Shallow Heap 指的是对象自身的占用的内存大小。
- 对象x的Retained Set指的是如果对象x被GC移除,可以释放总的对象的集合。
- 对象x的Retained Heap指的就是上述x的Retained Set的占用内存大小。
以上图做个例子,进行分析
- A,B,C,D四个对象的Shallow Heap均为1M
- B,C,D的Retained Heap均为1M
- A的Retained Heap为4M
真实情况下如何计算泄漏内存大小
上述的Retained Heap的大小获取是基于假设的,而现实在进行分析中不可能基于这种方法,那么实际上计算泄漏内存的大小的方法其实是这样的。
这里我们需要一个概念,就是Dominator Tree(统治者树)。
- 如果对象x统治对象y,那么每条从GC根节点到y对象的路径都会经过x,即x是GC根节点到y的必经之路。
- 上述情况下,我们可以说x是y的统治者
- 最近统治者指的是离对象y最近的统治者。
上图中
- A和B都不无法统治C对象,即C对象被A和B的父对象统治
- H不受F,G,D,E统治,但是受C统治
- F和D是循环引用,但是按照路径的方向(从根节点到对象),D统治F
内存泄漏与OOM
- OOM全称Out Of Memory Error 内存溢出错误
- OOM发生在,当我们尝试进行创建对象,但是堆内存无法通过GC释放足够的空间,堆内存也无法在继续增长,从而完成对象创建请求,所以发生了OOM
- OOM发生很有可能是内存泄漏导致
- 但是并非所有的OOM都是由内存泄漏引起
- 内存泄漏也并不一定引起OOM
声明
- 其中第一张图片GC回收图来自Patrick Dubroy在Google IO的演讲Keynote
- 最后一张Dorminator Tree来自MAT官方网站
一些链接
- 垃圾回收器如何处理循环引用
- 译文:理解Java中的弱引用
- Android中Handler引起的内存泄露
- 避免Android中Context引起的内存泄露
- Google为何这样设计OnSharedPreferenceChangeListener
- Keynote下载地址
最后的话
内存泄漏在App中很常见,需要我们花时间去解决。
处理内存泄漏问题,不仅要解决掉,更应该善于整理总结,做到后续编码中主动避免。
本文是我在droidcon beijing 2016和 GDG Beijing Devfest所做分享的文章总结版。如有问题,欢迎指出。