Android内存优化

时间:2021-7-3 作者:qvyue

Java虚拟机

Java内存模型

Android内存优化
  • 虚拟机栈( 线程私有 ):局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息
  • 堆( 线程共享 ):实例对象
  • 方法区( 线程共享 ):类信息,常量,即时编译器编译后的代码
  • 程序计数器( 线程私有 ):字节码行号指示器,记录当前线程执行到多少行
  • 本地方法栈( 线程私有 ):和虚拟机栈类似,两者的区别就是虚拟机栈是为虚拟机执行java方法服务,本地方法栈为虚拟机执行native方法服务 。

程序计数器

线程计数器中如果正在执行java方法,计数器记录的是当前指令的地址,

如果是Native方法,计数器记录为空

堆内存 = 新生代(1) + 老年代(2)

  • 新生代:复制算法
  • 老年代:标记整理算法

方法区

也叫“永久代”,1.8以后将方法区去除了,将方法区移动到直接内存

内存回收主要考虑 堆区方法区 的回收,其他部分会根据线程的产生和消亡

个版本区别

Android内存优化
Android内存优化
Android内存优化
  • 1.6:运行常量池在方法区
  • 1.7:运行常量池在堆中
  • 1.8:删除方法区,引入直接内存,元空间概念,方法区中的静态变量被转移到堆中,只有class元数据在元空间。

堆中的老年代和方法区(永久代)是绑定的,无论哪一方满了,都会触发双方的GC回收

问题:

  1. 堆和栈的区别:

    1. 栈:基本数据类型变量(int、short、long、byte、float、double、boolean、char)以及对象的引用变量

    堆:存储java对象

    1. 堆中的对象对所有线程可见,栈内存只属于一个线程
    2. 堆的内存空间远远大于栈
  2. 为什么删除方法区?

    1. 启动大小固定,很难调优,容易发生OOM
    2. 元空间在本地内存中分配,本地内存足够就不会溢出

GC垃圾回收

判断对象是否存活

  1. 引用计数算法(缺点:循环引用,技数永远不为0)
  2. 可达性算法(二叉树中向下搜索,不存在引用链则对象不可用)

回收算法

  1. 标记清除算法:标记完后对对象进行回收,使用在 老年代

    缺点:

    1. 效率不高,标记和清除效率不高
    2. 差生大量碎片空间,导致空间浪费
  2. 复制算法:将可用对象复制到新的连续空间,删除之前的空间

    缺点:

    1. 浪费50%的内存,复制长生存期的对象效率低下,所以该算法使用在 新生代
  3. 标记整理算法:前期使用标记清除算法,后续使用整理算法,使对象排列称联系空间,使用在 老年代

  4. 分代收集算法:对数据进行分代,每一代执行不同的回收算法

    Android内存优化

年轻代分为eden、s0、s1区,分别为8:1:1,年轻代和老年代为1:2

  1. 元空间的gc:元空间中的类加载器存活,则元空间中元数据也存活

Minor GC : 清理年轻代
Major GC : 清理老年代
Full GC : 清理整个堆空间,包括年轻代和永久代

四大引用介绍

简述

  • 强引用:Strong Reference,通常使用的对象方式,gc不会回收
  • 软引用:SoftReference,当内存不足时进行回收
  • 弱引用:WeakReference,下一次gc时回收
  • 虚引用:PhantomReference,任何时候可回收

在内存泄露问题处理上,使用最多的是弱引用,许多源码、框架都是用

eg:

  1. ThreadLocalMap中存储以ThreadLocal的弱引用为键,具体内容为value
  2. Glide中缓存使用activeResource,存储的是图片的弱引用
  3. 解决Handler的内存泄漏使用弱引用

Reference理解

所有的引用都是继承自Reference,以下以WeakReference为例:

public class WeakReference extends Reference {

    /**
     * Creates a new weak reference that refers to the given object.  The new
     * reference is not registered with any queue.
     *
     * @param referent object the new weak reference will refer to
     */
    public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
    }

    /**
     * Creates a new weak reference that refers to the given object and is
     * registered with the given queue.
     *
     * @param referent object the new weak reference will refer to
     * @param q the queue with which the reference is to be registered,
     *          or null if registration is not required
     */
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue super T> q) {
        super(referent, q);
    }

}

其中存在两种构造方法,区别在于是否传入引用队列,如果不传入引用队列,说明只存在一种引用,不需要引用队列成链存储

public abstract class Reference {
    private static boolean disableIntrinsic = false;
    private static boolean slowPathEnabled = false;

    //引用的对象,由垃圾回收器控制其引用
    volatile T referent;         /* Treated specially by GC */
    final ReferenceQueue super T> queue;
    Reference queueNext;
    Reference> pendingNext;

    public T get() {
        return getReferent();
    }

    @FastNative
    private final native T getReferent();

    public void clear() {
        clearReferent();
    }

    @FastNative
    native void clearReferent();

    public boolean isEnqueued() {
        // Contrary to what the documentation says, this method returns false
        // after this reference object has been removed from its queue
        // (b/26647823). ReferenceQueue.isEnqueued preserves this historically
        // incorrect behavior.
        return queue != null && queue.isEnqueued(this);
    }

    public boolean enqueue() {
       return queue != null && queue.enqueue(this);
    }

    /* -- Constructors -- */

    Reference(T referent) {
        this(referent, null);
    }

    Reference(T referent, ReferenceQueue super T> queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = queue;
    }
}

抽象类很简短,可以看出一个关键点,Reference是一个节点,保存next的引用,方法调用都是使用ReferenceQueue方法,直接进入:

private Reference extends T> head = null;
  private Reference extends T> tail = null;

 boolean enqueue(Reference extends T> reference) {
        synchronized (lock) {
            if (enqueueLocked(reference)) {
                lock.notifyAll();
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

  private boolean enqueueLocked(Reference extends T> r) {
        ...

         if (r instanceof Cleaner) {
            Cleaner cl = (sun.misc.Cleaner) r;
            cl.clean();
            r.queueNext = sQueueNextUnenqueued;
            return true;
        }

        if (tail == null) {
            head = r;
        } else {
            tail.queueNext = r;
        }
        tail = r;
        tail.queueNext = r;
        return true;
    }

入队方法中,

  1. 使用synchronized添加锁,入队结束后释放锁,在ReferenceQueue中并不是标准的队列,使用的是Reference节点成链,行成单链表,类似于MessageQueue.
  2. 如果是Cleaner类,创建一个虚引用节点,即不如队。Cleaner是用来释放非堆内存,所以做特殊处理

SoftReference

>public class SoftReference extends Reference {
    //时间戳,由gc更新
    static private long clock;
    private long timestamp;

    public SoftReference(T referent) {
        super(referent);
        this.timestamp = clock;
    }

    /**
     * Creates a new soft reference that refers to the given object and is
     * registered with the given queue.
     *
     * @param referent object the new soft reference will refer to
     * @param q the queue with which the reference is to be registered,
     *          or null if registration is not required
     *
     */
    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue super T> q) {
        super(referent, q);
        this.timestamp = clock;
    }

    public T get() {
        T o = super.get();
        if (o != null && this.timestamp != clock)
            this.timestamp = clock;
        return o;
    }

}

由gc管理时间戳

  • clock:上一次gc时间
  • timestamp:访问get时最近一次的gc时间

回收条件为:clock – timestamp

  • free_heep为堆空间空闲大小
  • ms_per_mb是保留软引用时间/MB

PhantomReference

public class PhantomReference extends Reference {

    public T get() {
        return null;
    }

    public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue super T> q) {
        super(referent, q);
    }

}

虚引用的get方法返回null,不做gc保留

虚引用通过构造方法可以查看是 持有对象引用

总结:所有引用都是继承自Reference基类的,该类是一个链表节点,ReferenceQueue通过这点形成单链表,称之为队列,进行引用管理,所有引用都可以通过Reference的isEnqueue方法判断引用是否存在。

FinalizerReference理解

java堆中创建对象时,如果java类定义了finalize方法,就会新建一个FinalizerReference类,指向这个新建的对象

内存问题

  • 内存泄漏:内存没有按照预期在gc时回收
  • 内存溢出:内存大小超出指定大小,导致OOM
  • 内存抖动:短时间创建大量内存对象,然后回收,导致内存发生锯齿形抖动,内存空间不连续加上碎片会导致更大的空间,最终OOM

内存优化意义

  • 减少OOM,提高系统稳定性
  • 减少卡顿,提高流畅度
  • 减少内存占用,提高应用存活率
  • 减少异常发生和代码逻辑隐患

Android内存泄漏

常见内存泄漏

  1. 匿名内部类持有外部类引用,导致外部类内存泄漏(Handler)
  2. 单例传入Context导致调用单例方无法被回收。
  3. 非静态内部类创建静态实例
  4. 注册与反注册
  5. 资源对象关闭
  6. 集和及时清理

内存泄漏检测

  1. Profiler,Memory Analyzer(MAT)

Android studio自带内存、cpu、网络的变化,可以根据内存变化做具体分析

  1. LeakCanary

框架集成,自动检测内存泄漏,生成app,提供内存泄漏栈堆情况

原理:绑定生命周期,对Activity和Fragment来说,在onDestory时将对象放入弱引用队列进行存储,触发gc后,如果还存在,则发生内存泄漏

  1. StrictMode(很少用)

一款比较老的工具,ThreadPolicy可以检测主线程是否网络访问,是否读写。VMPolicy检测内存,Activity,Fragment是否泄漏,资源是否正确关闭

内存优化空间

  1. 不必要的自动装箱

自动装箱就是将基础数据类型转化为对应的复杂类型,在HashMap的增删改查中充满了自动装箱问题,所以尽量避免这中问题,如将HashMap替换为SparseArray和ArrayMap

  1. 内存复用
  • 资源复用:通用字符串,颜色,布局
  • 视图复用:类似于RecyclerView的优化复用
  • 对象池:创建对象池,不用重复创建对象,类似于线程池,messae享元模式
  • Bitmap对象复用:使用inBitmap属性可以告知Bitmap解码器尝试使用已经存在的内存区域,新解码的bitmap会尝试使用之前那张bitmap在heap中占据的pixel data内存区域。
  1. 在App可用内存过低时主动释放内存

    在App退到后台内存紧张即将被Kill掉时选择重写Application中 onTrimMemory/onLowMemory 方法去释放掉图片缓存、静态缓存来自保。

  2. 其他场景优化

    1. item被回收不可见时释放掉对图片的引用
      • ListView :因此每次item被回收后再次利用都会重新绑定数据,只需在ImageView onDetachFromWindow的时候释放掉图片引用即可。
      • RecyclerView :因为被回收不可见时第一选择是放进mCacheView中,这里item被复用并不会只需bindViewHolder来重新绑定数据,只有被回收进mRecyclePool中后拿出来复用才会重新绑定数据,因此重写Recycler.Adapter中的onViewRecycled()方法来使item被回收进RecyclePool的时候去释放图片引用。
    2. 如果使用字符串拼接,尽量使用StringBuilder、StringBuffer(内存抖动)
    3. 自定义view减少onDraw的耗时和执行次数
    4. 尽量使用静态内部类
    5. 尽量使用基础数据类型
    6. 合适的时候使用软/弱引用

线上监控方案

  1. 常规监测

    1. 当内存使用超过80%,使用 Debug.dumpHprofData(String fileName)
      获取dump文件回传至服务器,而后手动分析
    2. LeakCanary集成并带到线上
  2. Probe线上监测工具

  3. LeakInspector

  4. ResourceCanary

最后

小编在网上收集了一些Android 开发相关的学习文档、面试题、Android 核心笔记等等文档,希望能帮助到大家学习提升,如有需要参考的可以简信“1”找我领取哦

Android内存优化
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