Android 开发者必会的内存泄漏指南 [复制链接]

2019-10-8 14:56
Growup 阅读:215 评论:0 赞:0
Tag:  内存泄漏

我们都知道,写一个 Android 的应用很容易,但是要写一个高性能的应用可就不容易了。以我的个人经验来说,在 App 的开发过程中,主要的精力都会放在新功能、新模块、新组件的开发上。

开发过程中,看得见的 UI 比看不见的性能更能吸引我们的目光。所以我强制自己将“优化应用程序(如内存泄漏)”的优先级提高,并养成习惯。

长期以来,不关注性能,带来了很多的技术债。经过一年多的努力调整, 比起一年前,我有很多的心得体会。

对于很多开发者来说,内存泄漏都是一个老大难的问题。关于处理内存泄漏,你有可能会觉得太难,又或是太费时,又或者是觉得完全没有意义。但我要告诉你的是,事实并非如此。当你开始处理这些问题的时候,你会发现,这感觉超级棒。

在本篇文章中,我会以尽可能简单的方式讲解这些问题,即使你是一个初学者,也可以学习到如何构建一个高质量、高性能的应用。

垃圾回收

Java 是一个非常强大的语言。在 Android 中,我们几乎不会像 C / C++ 那样,手动分配和释放内存。因为 Java 会自动清理内存。

让我们来思考一个问题,如果 Java 内建的垃圾回收系统可以在我们不需要的时候自动回收内存,那我们为什么还需要关心内存呢?是因为垃圾回收机制不够完善吗?

当然不是,Java 垃圾回收机制当然是完善的。垃圾回收机制是可以正常工作,但是,如果我们的应用程序出现 Bug, 导致垃圾回收器不能正常检查出不需要的内存块,就会导致问题。

总体来说,是我们自己的代码错误导致垃圾回收不可用。不可否认,垃圾回收机制是 Java 最伟大的设计之一。

关于垃圾回收器

在处理内存问题之前,你需要了解垃圾回收器的工作原理。它的概念非常简单,但在它背后,有着极其复杂的逻辑。但是你也别担心,我们也只关心一些简单的概念。

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如图所示,Android 或者 Java 应用程序都有一个起点,从对象的初始化,并且调用方法。我们可以认为,这个点就是图中的 "GC Roots"。有一些对象引用被 GC Roots 直接持有,剩下的则由它们自己创建并持有。

如此,整个引用链构成了内存树。垃圾回收器从 GC roots 开始,直接或间接的链接着其它的对象。当整个遍历结束,还有一些不能被访问到的对象,就是变成了垃圾,这些对象就会被垃圾回收器回收。

内存泄漏

到现在,你已经知道了垃圾回收的概念,也知道了垃圾回收在 Android 中是如何管理内存的。下面,我们将深入研究一下内存泄漏。

简单来说,内存泄漏是指你的对象已经使用结束,但是它却不能被释放掉。每个对象在完成它自己的生命周期过后,都需要从内存中清理出来。但是如果一个对象被另一个对象直接或间接的持有,垃圾回收器不能检查出它已经使用结束。朋友们,这样子就导致了内存泄漏。

值得庆幸的是,我们并不需要太担心所有的内存泄漏,因为并不是所有的内存泄漏都是有害的。有一些内存泄漏是无关痛痒(只泄漏几 KB 的内存),并且,在 Android Framwork 层也会有一些内存泄漏,但是你并不需要去修复,因为它们对 App 的性能影响微乎其微,你可以忽略。

但是有一些会引起 App 崩溃, 或者严重卡顿。这些都是需要你时刻注意的。

为什么要解决内存泄漏?

没有人会想使用一个又慢又占内存的应用。如果使用一段时间就会崩溃,你的用户也会“崩溃”掉,如果长时间出现这样子的问题,你的用户会毫不犹豫的卸载掉你的应用,并且再也不会使用它。

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如果你的应用中存在内存泄漏,垃圾回收器不能回收不使用的内存,随着用户使用时间的增长,内存的占用会越来越多。如此下去,当系统不能在给它分配更多内存的时候,就会导致 OutOfMemoryError, 然后应用程序会崩溃掉。

垃圾回收有利有弊,垃圾回收是一庞大的系统,在应用中,尽可能少的让垃圾回收器运行,这样对应用体验会更好。

随着你的应用使用的堆内存逐渐增加,Short GC 就会触发,来保证立即清理无用对象。现在这些快速清理内存的 GC 运行在不同的线程中,这些 GC 不会导致你的应用变慢。

但是如果你的应用中存在严重的内存泄漏,Short GC 没有办法回收内存,并且占用内存持续增加,这将会导致 Larger GC 被触发。它会将整个应用程序挂起,阻塞大概 50~100ms,这会导致应用程序变慢并且有可能不能使用。

修复内存泄漏,减少对 App 的影响,给用户提供更好的体验。

如何发现内存泄漏?

现在,你已经认识到,你需要修复隐藏在你 App 中的内存泄漏。但是,我们如何才能找到它们呢?

Android Studio 为我们提供了一个非常强大的工具:Monitors。

通过它,你能看到网络、CPU、GPU、内存的使用情况。

在调试运行 App 的时候,要密切关注内存监视器。内存泄漏的第一个现象就是,在使用的过程中,内存一直增加,不能减少,即使你把 APP 退到后台也不能释放。内存分配监视器能够清楚的看到不同对象所占用的内存,可以清楚的知道哪个对象占用内存较多,需要处理。

但是,它本身还不够,它需要你指定时间,然后转存出对应的内存堆。这是一个很无趣的工作。

幸运的是,我们现在已经有更好的方式来实现。LeakCanary, 一个和 App 一起运行的库,它会在内存泄漏的时候,转存出内存信息,然后给我们发送一个通知并给我们一个有用的栈信息。

常见的内存泄漏

从我的经验来看,有很多相似且经常出现内存泄漏的问题,你在你每天的开发中,都有可能会遇到它们。一但你清楚了它们发生的时间、地点、原因 ,你就可以很轻松的修复它们。

  • 未取消的 Listener

很多时候,你在 Activity/Fragment 中注册了一个 Listener, 但是忘记取消注册了。如果你的运气不好,它很可能会引起一个严重的内存泄漏问题。一般来说,这些 Listener 的 注册与取消注册是同步出现的,在你使用的时候需要注册,在不使用的时候需要取消注册。

举个例子,当我们的应用程序需要获取定位的时候,需要使用 LocationManager,你会从系统服务中拿到它,并且给其设置一个地理位置更新的回调:

private void registerLocationUpdats {
mManager = (LocationManager) getSystemService(
Context.LOCATION_SERVICE);
mManager.requestLocationUpdates(
LocationManager.GPS_PROVIDER,
TimeUnit.MINUTES.toMillis(1),
100,
this);
}

在代码中,可以看出来,使用了 Activity 自己来实现了地理位置更新的回调。LocationManager 会持有这个回调的引用。当你退出了这个页面,Android 系统会调用 onDestory ,但是垃圾回收器并不能清理掉它,因为 LocationManager 持有它的强引用。

当然,解决方案也很简单,就是在 onDestory 方法中,取消注册就可以了。

@Override
public voidonDestroy {
super.onDestroy;
if (mManager != ) {
mManager.removeUpdates(this);
}
}
  • 内部类

内部类在 Java 和 Android 开发中经常用到,非常简单,但是如果使用不当,也会造成严重的内存泄漏。让我们先来看一个简单的例子:

public class BadActivity extends Activity {
private TextView mMessageView;
@Override
protected voidonCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.layout_bad_activity);
mMessageView = (TextView) findViewById(R.id.messageView);
new LongRunningTask.execute;
}
private class LongRunningTask extends AsyncTask<Void, Void, String> {
@Override
protected String doInBackground(Void... params) {
// 做一些耗时操作
return "Am finally done!";
}
@Override
protected voidonPostExecute(String result) {
mMessageView.setText(result);
}
}
}

这是一个很简单的 Activity 页面,在页面启动的时候,在后台启动了一个耗时的任务(比如说,复杂的数据库查询或者是很慢的网络)。等到任务执行结束,把拿到的结果显示到页面上。看起来,这样做并没有问题。事实上,非静态的内部类会隐式的持有外部类的引用(在这里,就是 Activity)。如果在耗时任务执行完之前,你旋转屏幕或者退出这个页面,垃圾回收器就不能从内存中清理掉 Activity 的实例。这个简单的问题会导致很严重的内存泄漏问题。

当然,解决方案也非常地简单,如下:

public class GoodActivity extends Activity {
private AsyncTask mLongRunningTask;
private TextView mMessageView;
@Override
protected voidonCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.layout_good_activity);
mMessageView = (TextView) findViewById(R.id.messageView);
mLongRunningTask = new LongRunningTask(mMessageView).execute;
}
@Override
protected voidonDestroy {
super.onDestroy;
mLongRunningTask.cancel(true);
}
private static class LongRunningTask extends AsyncTask<Void, Void, String> {
private final WeakReference<TextView> messageViewReference;
publicLongRunningTask(TextView messageView) {
this.messageViewReference = new WeakReference<>(messageView);
}
@Override
protected String doInBackground(Void... params) {
String message = ;
if (!isCancelled) {
message = "I am finally done!";
}
return message;
}
@Override
protected voidonPostExecute(String result) {
TextView view = messageViewReference.get;
if (view != ) {
view.setText(result);
}
}
}
}

正如你看到的代码,首先我将非静态内部类改成了静态内部类,这样它就不会持有外部类的引用了。当然,使用静态的内部类,非静态的变量就不能访问了。所以我们需要将 TextView 通过构造方法把它传过去。

在这里,我强烈推荐使用 WeakReference ,它能更好的避免引起内存泄漏。你应该去学习 Java 中关于不同引用类型的知识:

http://javarevisited.blogspot.in/2014/03/difference-between-weakreference-vs-softreference-phantom-strong-reference-java.html

  • 匿名内部类

匿名内部类也是在开发过程中经常使用到的一个东西,它的定义和使用都非常的简洁。但以我的经验来看,匿名内部类造成了大量的内存泄漏的问题。

匿名内部类与非静态内部类相似,造成内部类的原因也和上面说的一样。你有可能在好多地方都使用了匿名内部类,如果使用不当,会严重影响 App 的性能。

public class MoviesActivity extends Activity {
private TextView mNoOfMoviesThisWeek;
@Override
protected voidonCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.layout_movies_activity);
mNoOfMoviesThisWeek = (TextView) findViewById(R.id.no_of_movies_text_view);
MoviesRepository repository = ((MoviesApp) getApplication).getRepository;
repository.getMoviesThisWeek
.enqueue(new Callback<List<Movie>> {

@Override
public voidonResponse(Call<List<Movie>> call,
Response<List<Movie>> response) {
int numberOfMovies = response.body.size;
mNoOfMoviesThisWeek.setText("No of movies this week: " + String.valueOf(numberOfMovies));
}
@Override
public voidonFailure(Call<List<Movie>> call, Throwable t) {
// Oops.
}
});
}
}

上面的例子中,我使用一个常用的网络库 Retrofit 发送了一个网络请求,然后在 TextView 中显示返回的结果。很明显,那个 Callback 对象持有 Activity 的引用。如果现在网络很慢,在网络响应回来之前,页面旋转或者关闭,就会导致 Activity 泄漏。

我强烈建议,在需要的时候,尽量使用静态的内部类,而非匿名内部类。当然,我的意思不是不在使用匿名内部类,如果你需要使用匿名内部类,你需要注意引起内存泄漏的问题,保证不会出现问题。

  • Bitmaps

在应用中,你看到的所有图片都是 Bitmap 对象,包含了所有的像素数据。现在这些 Bitmap 数据非常的大,一个处理不好,就会引起 OOM, 造成 APP 崩溃。在 APP 中使用的图片资源生成的 Bitmap 会由系统进行管理,但是如果你需要自己处理 Bitmap ,要记住,使用完过后要调用 bitmap.recycle 来释放资源。

在处理 Bitmap 时,需要将一张大的图缩放变小过后,在使用,多重用同一个图片数据。Google 官方有一个关于处理 Bitmap 内存的文档:

https://developer.android.com/training/displaying-bitmaps/manage-memory.html

  • Contexts

另一个是关于 Context 的滥用引起的内存泄漏。Activity / Application / Service 都是继承自 Context 并实现它们自己的功能,但是你也需要搞清楚它们之间的区别,什么是 activity 级别的 Context,什么是 application 级别的 Context,根据项目需求的场景去选择使用哪一个 Context 。错误地使用 Activity Context,导致引用不能被释放,就会引起内存泄漏。

结语

现在,你知道了什么是垃圾回收器,什么是内存泄漏,内存泄漏给你带来的影响。你也知道如何检测和修复内存泄漏。

从现在开始,构建高质量/高性能的应用。处理内存泄漏不仅能让你的应用有更好的用户体验,也能让你成为更好的开发者。


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