Android性能优化大法——内存优化

2023-11-10

作者：layz4android

内存，是Android应用的生命线，一旦在内存上出现问题，轻者内存泄漏，重者直接crash，因此一个应用保持健壮，内存这块的工作是持久战，而且从写代码这块就需要注意合理性，所以想要了解内存优化如何去做，要先从基础知识开始。

1 JVM内存原理

这一部分确实很枯燥，但是对于我们理解内存模型非常重要，这一块也是面试的常客

从上图中，我将JVM的内存模块分成了左右两大部分，左边属于共享区域（方法区、堆区），所有的线程都能够访问，但也会带来同步问题，这里就不细说了；右边属于私有区域，每个线程都有自己独立的区域。

1.1 方法执行流程

class MainActivity : AppCompatActivity() {

 override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
 super.onCreate(savedInstanceState)
 setContentView(R.layout.activity_main)
 execute()
 }

 private fun execute(){

 val a = 2.5f
 val b = 2.5f
 val c = a + b

 val method = Method()

 val d = getD()
}

 private fun getD(): Int {
 return 0
 }

}

class Method{
 private var a:Int = 0
}

我们看到在MainActivity的onCreate方法中，执行了execute方法，因为当前是UI线程，每个线程都有一个Java虚拟机栈，从上图中可以看到，那么每执行一个方法，在Java虚拟机栈中都对应一个栈帧。

每次调用一个方法，都代表一个栈帧入栈，当onCreate方法执行完成之后，会执行execute方法，那么我们看下execute方法。

execute方法在Java虚拟机栈中代表一个栈帧，栈帧是由四部分组成：

（1）局部变量表：局部变量是声明在方法体内的，例如a，b，c，在方法执行完成之后，也会被回收；（2）操作数栈：在任意方法中，涉及到变量之间运算等操作都是在操作数栈中进行；例如execute方法中：

val a = 2.5f

当执行这句代码时，首先会将 2.5f压入操作数栈，然后给a赋值，依次类推
（3）返回地址：例如在execute调用了getD方法，那么这个方法在执行到到return的时候就结束了，当一个方法结束之后，就要返回到该方法的被调用处，那么该方法就携带一个返回地址，告诉JVM给谁赋值，然后通过操作数栈给d赋值
（4）动态链接：在execute方法中，实例化了Method类，在这里，首先会给Method中的一些静态变量或者方法进行内存分配，这个过程可以理解为动态链接。

1.2 从单例模式了解对象生命周期

单例模式，可能是众多设计模式中，我们使用最频繁的一个，但是单例真是就这么简单吗，使用不慎就会造成内存泄漏！

interface IObserver {

    fun send(msg:String)

}

class Observable : IObserver {

    private val observers: MutableList<IObserver> by lazy {
        mutableListOf()
    }

    fun register(observer: IObserver) {
        observers.add(observer)
    }

    fun unregister(observer: IObserver) {
        observers.remove(observer)
    }

    override fun send(msg: String) {
        observers.forEach {
            it.send(msg)
        }
    }

    companion object {
        val instance: Observable by lazy {
            Observable()
        }
    }
}

这里是写了一个观察者，这个被观察者是一个单例，instance是存放在方法区中，而创建的Observable对象则是存在堆区，看下图

因为方法区属于常驻内存，那么其中的instance引用会一直跟堆区的Observable连接，导致这个单例对象会存在很长的时间

btnRegister.setOnClickListener {
    Observable.instance.register(this)
}
btnSend.setOnClickListener {
    Observable.instance.send("发送消息")
}

在MainActivity中，点击注册按钮，注意这里传入的值，是当前Activity，那么这个时候退出，会发生什么？我们先从profile工具里看一下，退出之后，有2个内存泄漏的地方，如果使用的leakcannary（后面会介绍）就应该会明白

那么在MainActivity中，哪个地方发生的了内存泄漏呢？我们紧跟一下看看GcRoot的引用，发现有这样一条引用链，MainActivity在一个list数组中，而且这个数组是Observable中的observers，而且是被instance持有，前面我们说到，instance的生命周期很长，所以当Activity准备被销毁时，发现被instance持有导致回收失败，发生了内存泄漏。

那么这种情况，我们该怎么处理呢？一般来说，有注册就有解注册，所以我们在封装的时候一定要注意单例中传入的参数

override fun onDestroy() {
    super.onDestroy()
    Observable.instance.unregister(this)
}

再次运行我们发现，已经不存在内存泄漏了

1.3 GcRoot

前面我们提到了，因为instance是Gcroot，导致其引用了observers，observers引用了MainActivity，MainActivity退出的时候没有被回收，那么什么样的对象能被看做是GcRoot呢？

（1）静态变量、常量：例如instance，其内存是在方法区的，在方法区一般存储的都是静态的常量或者变量，其生命周期非常长；
（2）局部变量表：在Java虚拟机栈的栈帧中，存在局部变量表，为什么局部变量表能作为gcroot，原因很简单，我们看下面这个方法

private fun execute() {

    val a = 2.5f
    val method = Method()
    val d = getD()
}

a变量就是一个局部变量表中的成员，我们想一下，如果a不是gcroot，那么垃圾回收时就有可能被回收，那么这个方法还有什么意义呢？所以当这个方法执行完成之后，gcroot被回收，其引用也会被回收。

2 OOM

在之前我们简单介绍了内存泄漏的场景，那么内存泄漏一旦发生，就会导致OOM吗？其实并不是，内存泄漏一开始并不会导致OOM，而是逐渐累计的，当内存空间不足时，会造成卡顿、耗电等不良体验，最终就会导致OOM，app崩溃

那么什么情况下会导致OOM呢？
（1）Java堆内存不足
（2）没有连续的内存空间
（3）线程数超出限制

其实以上3种状况，前两种都有可能是内存泄漏导致的，所以如何避免内存泄漏，是我们内存优化的重点

2.1 leakcanary使用

首先在module中引入leakcanary的依赖，关于leakcanary的原理，之后会单独写一篇博客介绍，这里我们的主要工作是分析内存泄漏

debugImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:2.7'

配置依赖之后，重新运行项目，会看到一个leaks app，这个app就是用来监控内存泄漏的工具

那我们执行之前的应用，打开leaks看一下gcroot的引用，是不是跟我们在as的profiler中看到的是一样的

如果使用过leakcanary的伙伴们应该知道，leakcanary会生成一个hprof文件，那么通过MAT工具，可以分析这个hprof文件，查找内存泄漏的位置，下面的链接能够下载MAT工具 www.eclipse.org/mat/downloa…

2.2 内存泄漏的场景

1. 资源性的对象没有关闭

例如，我们在做一个相机模块，通过camera拿到了一帧图片，通常我们会将其转换为bitmap，在使用完成之后，如果没有将其回收，那么就会造成内存泄漏，具体使用完该怎么办呢？

if(bitmap != null){
    bitmap?.recycle()
    bitmap = null
}

调用bitmap的recycle方法，然后将bitmap置为null

2. 注册的对象没有注销

这种场景其实我们已经很常见了，在之前也提到过，就是注册跟反注册要成对出现，例如我们在注册广播接收器的时候，一定要记得，在Activity销毁的时候去解注册，具体使用方式就不做过多的赘述。

3. 类的静态变量持有大数据量对象

因为我们知道，类的静态变量是存储在方法区的，方法区空间有限而且生命周期长，如果持有大数据量对象，那么很难被gc回收，如果再次向方法区分配内存，会导致没有足够的空间分配，从而导致OOM

4. 单例造成的内存泄漏

这个我们在前面已经有一个详细的介绍，因为我们在使用单例的时候，经常会传入context或者activity对象，因为有上下文的存在，导致单例持有不能被销毁；

因此在传入context的时候，可以传入Application的context，那么单例就不会持有activity的上下文可以正常被回收；

如果不能传入Application的context，那么可以通过弱引用包装context，使用的时候从弱引用中取出，但这样会存在风险，因为弱引用可能随时被系统回收，如果在某个时刻必须要使用context，可能会带来额外的问题，因此根据不同的场景谨慎使用。

object ToastUtils {

    private var context:Context? = null

    fun setText(context: Context) {
        this.context = context
        Toast.makeText(context, "1111", Toast.LENGTH_SHORT).show()
    }

}

我们看下上面的代码，ToastUtils是一个单例，我们在外边写了一个context:Context? 的引用，这种写法是非常危险的，因为ToastUtils会持有context的引用导致内存泄漏

object ToastUtils {

    private var context:Context? = null

    fun setText(context: Context) {
        this.context = context
        Toast.makeText(context, "1111", Toast.LENGTH_SHORT).show()
    }

}

5. 非静态内部类的静态实例

我们先了解下什么是静态内部类和非静态内部类，首先只有内部类才能设置为静态类，例如

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private var a = 10

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main2)
    }

    inner class InnerClass {
        fun setA(code: Int) {
            a = code
        }
    }
}

InnerClass是一个非静态内部类，那么在MainActivity声明了一个变量a，其实InnerClass是能够拿到这个变量，也就是说，非静态内部类其实是对外部类有一个隐式持有，那么它的静态实例对象是存储在方法区，而且该对象持有MainActivity的引用，导致退出时无法被释放。

解决方式就是：将InnerClass设置为静态类

class InnerClass {

    fun setA(code: Int) {
        a = code //这里就无法使用外部类的对象或者方法
    }
}

大家如果对于kotlin不熟悉的话，就简单介绍一下，inner class在java中就是非静态的内部类；而直接用class修饰，那么就相当于Java中的 public static 静态内部类。

6. Handler

这个可就是老生常谈了，如果使用过Handler的话都知道，它非常容易产生内存泄漏，具体的原理就不说了，感觉现在用Handler真的越来越少了

其实说了这么多，真正在写代码的时候，不能真正的避免，接下来我就使用leakcanary来检测某个项目中存在的内存泄漏问题，并解决

3 从实际项目出发，根除内存泄漏

1. 单例引发的内存泄漏

我们从gcroot中可以看到，在TeachAidsCaptureImpl中传入了LifeCycleOwner，LifeCycleOwner大家应该熟悉，能够监听Activity或者Fragment的生命周期，然后CaptureModeManager是一个单例，传入的mode就是TeachAidsCaptureImpl，这样就会导致一个问题，单例的生命周期很长，Fragment被销毁的时候因为TeachAidsCaptureImpl持有了Fragment的引用，导致无法销毁

fun clear() {
    if (mode != null) {
        mode = null
    }
}

所以，在Activity或者Fragment销毁前，将model置为空，那么内存泄漏就会解决了，直到看到这个界面，那么我们的应用就是安全的了

2.使用Toast引发的内存泄漏

在我们使用Toast的时候，需要传入一个上下文，我们通常会传入Activity，那么这个上下文给谁用的呢，在Toast中也有View，如果我们自定过Toast应该知道，那么如果Toast中的View持有了Activity的引用，那么就会导致内存泄漏

Toast.makeText(this,"Toast内存泄漏",Toast.LENGTH_SHORT).show()

那么怎样避免呢？传入Application的上下文，就不会导致Activity不被回收。

为了帮助到大家更好的全面清晰的掌握好性能优化，准备了相关的学习路线以及核心笔记（还该底层逻辑）：https://qr18.cn/FVlo89 大家可以进行参考学习：

性能优化核心笔记：`https://qr18.cn/FVlo89`

启动优化

内存优化

UI优化

网络优化

Bitmap优化与图片压缩优化：https://qr18.cn/FVlo89

多线程并发优化与数据传输效率优化

体积包优化

《Android 性能监控框架》：`https://qr18.cn/FVlo89`

《Android Framework学习手册》：`https://qr18.cn/AQpN4J`

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