Android性能優化之從卡頓和ANR來徹底理解內存泄露原理和優化
前言
- JAVA程序，因為有垃圾回收機制，應該沒有內存泄露。我們已經知道了，如果某個對象，從根節點可到達，也就是存在從根節點到該對象的引用鏈，那么該對象是不會被 GC 回收的。
- 如果說這個對象已經不會再被使用到了，是無用的，我們依然持有他的引用的話，就會造成內存泄漏，例如 一個長期在后臺運行的線程持有 Activity 的引用，這個時 候 Activity 執行了 onDestroy 方法，那么這個 Activity 就是從根節點可到達并且無用的對象， 這個 Activity 對象就是泄漏的對象，給這個對象分配的內存將無法被回收。
- 如果我們的java運行很久,而這種內存泄露不斷的發生，最后就沒內存可用了。
- 當然java的，內存泄漏和C/C++是不一樣的。如果java程序完全結束后，它所有的對象就都不可達了，系統就可以對他們進行垃圾回收，它的內存泄露僅僅限于它本身，而不會影響整個系統的。C/C++的內存泄露就比較糟糕了，它的內存泄露是系統級，即使該C/C++程序退出，它的泄露的內存也無法被系統回收，永遠不可用了，除非重啟機器。
- 我們這篇文章就開始對Android內存泄露進行總結;
一、Android內存泄露介紹
1、什么是內存泄露?
- 內存泄漏(Memory Leak)是指程序中已動態分配的堆內存由于某種原因程序未釋放或無法釋放，造成系統內存的浪費，導致程序運行速度減慢甚至系統崩潰等嚴重后果。
- 內存泄漏缺陷具有隱蔽性、積累性的特征，比其他內存非法訪問錯誤更難檢測。因為內存泄漏的產生原因是內存塊未被釋放，屬于遺漏型缺陷而不是過錯型缺陷。此外，內存泄漏通常不會直接產生可觀察的錯誤癥狀，而是逐漸積累，降低系統整體性能，極端的情況下可能使系統崩潰;
- Android的一個應用程序的內存泄露對別的應用程序影響不大。為了能夠使得Android應用程序安全且快速的運行，Android的每個應用程序都會使用一個專有的Dalvik虛擬機實例來運行，它是由Zygote服務進程孵化出來的，也就是說每個應用程序都是在屬于自己的進程中運行的。
- Android為不同類型的進程分配了不同的內存使用上限，如果程序在運行過程中出現了內存泄漏的而造成應用進程使用的內存超過了這個上限，則會被系統視為內存泄漏，從而被kill掉，這使得僅僅自己的進程被kill掉，而不會影響其他進程(如果是system_process等系統進程出問題的話，則會引起系統重啟)。
2、內存泄露的危害
- 用戶對單次的內存泄漏并沒有什么感知，但是當泄漏積累到內存都被消耗完，就會導致卡頓，甚至崩潰;
- gc回收頻繁 造成應用卡頓ANR：
- 當內存不足的時候,gc會主動回收沒用的內存.但是,內存回收也是需要時間的.
- 內存回收和gc回收垃圾資源之間高頻率交替的執行.就會產生內存抖動.
- 很多數據就會污染內存堆，馬上就會有許多GCs啟動，由于這一額外的內存壓力，也會產生突然增加的運算造成卡頓現象，
- 任何線程的任何操作都會需要暫停，等待GC操作完成之后，其他操作才能夠繼續運行,所以垃圾回收運行的次數越少，對性能的影響就越少;
3、內存泄漏的原因
①內存空間使用完畢后沒有被回收，就會導致內存泄漏。雖然Java有垃圾回收機制，但是Java中任然存在很多造成內存泄漏的代碼邏輯，垃圾回收器會回收掉大部分的內存空間，但是有一些內存空間還保持著引用，但是在邏輯上已經不會再用到的對象，這時候垃圾回收器就很無能為力，不能回收它們，比如：
- 忘記釋放分配的內存;
- 應用不需要這個對象了，但是卻沒有釋放這個對象的引用;
- 強引用持有的對象，垃圾回收器是無法回收這個對象;
- 持有對象生命周期過長，導致無法回收;
②Android(Java)平臺的內存泄漏是指沒用的對象資源與GC Roots之間保持可達路徑，導致系統無法進行回收;
③那么從棧中彈出的對象將不會被當作垃圾回收，即使程序不再使用棧中的這些隊象，他們也不會回收，因為棧中仍然保存這對象的引用，俗稱過期引用，這個內存泄露很隱蔽;
二、檢測內存泄露檢測工具
①Memory Monitor
位于 Android Monitor 中，該工具可以：
- 方便的顯示內存使用和 GC 情況
- 快速定位卡頓是否和 GC 有關
- 快速定位 Crash 是否和內存占用過高有關
- 快速定位潛在的內存泄露問題(內存占用一直在增長)
- 但是不能準確的定位問題
②Allocation Tracker
該工具用途：
- 可以定位代碼中分配的對象類型、大小、時間、線程、堆棧等信息
- 可以定位內存抖動問題
- 配合 Heap Viewer 定位內存泄露問題(可以找出來泄露的對象是在哪創建的等等)
- 使用方法：在 Memory Monitor 中有個 Start Allocation Tracking 按鈕即可開始跟蹤 在點擊停止跟蹤后會顯示統計結果。
③Heap Viewer
該工具用于：
- 顯示內存快照信息
- 每次 GC 后收集一次信息
- 查找內存泄露的利器
- 使用方法：在 Memory Monitor 中有個 Dump Java Heap 按鈕，點擊即可，在統計報告左上角選按 package 分類。配合 Memory Monitor 的 initiate GC(執行 GC)按鈕，可檢測內存泄露等情況。
④LeakCanary
- dependencies {
- debugImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:1.6.3'
- releaseImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android-no-op:1.6.3'
- // Optional, if you use support library fragments:
- debugImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-support-fragment:1.6.3'
- }
直接在Application中使用，然后運行APP就會自動檢測，檢測到會在另一個APP上通知，顯示詳情
- public class ExampleApplication extends Application {
- @Override public void onCreate() {
- super.onCreate();
- if (LeakCanary.isInAnalyzerProcess(this)) {
- // This process is dedicated to LeakCanary for heap analysis.
- // You should not init your app in this process.
- return;
- }
- LeakCanary.install(this);
- // Normal app init code...
- }
- }
三、常見的內存泄露場景詳解
1.單例導致內存泄露
單例模式在Android開發中會經常用到，但是如果使用不當就會導致內存泄露。因為單例的靜態特性使得它的生命周期同應用的生命周期一樣長，如果一個對象已經沒有用處了，但是單例還持有它的引用，那么在整個應用程序的生命周期它都不能正常被回收，從而導致內存泄露。
- public class AppSettings {
- private static volatile AppSettings singleton;
- private Context mContext;
- private AppSettings(Context context) {
- this.mContext = context;
- }
- public static AppSettings getInstance(Context context) {
- if (singleton == null) {
- synchronized (AppSettings.class) {
- if (singleton == null) {
- singleton = new AppSettings(context);
- }
- }
- }
- return singleton;
- }
- }
像上面代碼中這樣的單例，如果我們在調用getInstance(Context context)方法的時候傳入的context參數是Activity、Service等上下文，就會導致內存泄露。以Activity為例，當我們啟動一個Activity，并調用getInstance(Context context)方法去獲取AppSettings的單例，傳入Activity.this作為context，這樣AppSettings類的單例sInstance就持有了Activity的引用，當我們退出Activity時，該Activity就沒有用了，但是因為sIntance作為靜態單例(在應用程序的整個生命周期中存在)會繼續持有這個Activity的引用，導致這個Activity對象無法被回收釋放，這就造成了內存泄露。
為了避免這樣單例導致內存泄露，我們可以將context參數改為全局的上下文：
- private AppSettings(Context context) {
- this.mContext = context.getApplicationContext();
- }
2.靜態變量導致內存泄漏
靜態變量存儲在方法區，它的生命周期從類加載開始，到整個進程結束。一旦靜態變量初始化后，它所持有的引用只有等到進程結束才會釋放。比如下面這樣的情況，在Activity中為了避免重復的創建info，將sInfo作為靜態變量：
- public class MainActivity2 extends AppCompatActivity {
- public static Info sInfo;
- @Override
- protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
- super.onCreate(savedInstanceState);
- sInfo = new Info(this);
- }
- class Info {
- private Context mContext;
- public Info(Context context) {
- this.mContext = context;
- }
- }
- }
Info作為Activity的靜態成員，并且持有Activity的引用，但是sInfo作為靜態變量，生命周期肯定比Activity長。所以當Activity退出后，sInfo仍然引用了Activity，Activity不能被回收，這就導致了內存泄露。
在Android開發中，靜態持有很多時候都有可能因為其使用的生命周期不一致而導致內存泄露，所以我們在新建靜態持有的變量的時候需要多考慮一下各個成員之間的引用關系，并且盡量少地使用靜態持有的變量，以避免發生內存泄露。當然，我們也可以在適當的時候講靜態量重置為null，使其不再持有引用，這樣也可以避免內存泄露。
3.非靜態內部類導致內存泄露
非靜態內部類(包括匿名內部類)默認就會持有外部類的引用，當非靜態內部類對象的生命周期比外部類對象的生命周期長時，就會導致內存泄露。非靜態內部類導致的內存泄露在Android開發中有一種典型的場景就是使用Handler，很多開發者在使用Handler是這樣寫的：
- public class MainActivity2 extends AppCompatActivity {
- @Override
- protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
- super.onCreate(savedInstanceState);
- start();
- }
- private void start() {
- Message message = Message.obtain();
- message.what = 1;
- mHandler.sendMessage(message);
- }
- private Handler mHandler = new Handler() {
- @Override
- public void handleMessage(Message msg) {
- super.handleMessage(msg);
- if (msg.what == 1) {
- //doNothing
- }
- }
- };
- }
也許有人會說，mHandler并未作為靜態變量持有Activity引用，生命周期可能不會比Activity長，應該不一定會導致內存泄露呢，顯然不是這樣的!熟悉Handler消息機制的都知道，mHandler會作為成員變量保存在發送的消息msg中，即msg持有mHandler的引用，而mHandler是Activity的非靜態內部類實例，即mHandler持有Activity的引用，那么我們就可以理解為msg間接持有Activity的引用。msg被發送后先放到消息隊列MessageQueue中，然后等待Looper的輪詢處理(MessageQueue和Looper都是與線程相關聯的，MessageQueue是Looper引用的成員變量，而Looper是保存在ThreadLocal中的)。那么當Activity退出后，msg可能仍然存在于消息對列MessageQueue中未處理或者正在處理，那么這樣就會導致Activity無法被回收，以致發生Activity的內存泄露。
通常在Android開發中如果要使用內部類，但又要規避內存泄露，一般都會采用靜態內部類+弱引用的方式。
- MyHandler mHandler;
- public static class MyHandler extends Handler {
- private WeakReference<Activity> mActivityWeakReference;
- public MyHandler(Activity activity) {
- mActivityWeakReference = new WeakReference<>(activity);
- }
- @Override
- public void handleMessage(Message msg) {
- super.handleMessage(msg);
- }
- }
mHandler通過弱引用的方式持有Activity，當GC執行垃圾回收時，遇到Activity就會回收并釋放所占據的內存單元。這樣就不會發生內存泄露了。上面的做法確實避免了Activity導致的內存泄露，發送的msg不再已經沒有持有Activity的引用了，但是msg還是有可能存在消息隊列MessageQueue中，所以更好的是在Activity銷毀時就將mHandler的回調和發送的消息給移除掉。
- @Override
- protected void onDestroy() {
- super.onDestroy();
- mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
- }
非靜態內部類造成內存泄露還有一種情況就是使用Thread或者AsyncTask。要避免內存泄露的話還是需要像上面Handler一樣使用靜態內部類+弱應用的方式(代碼就不列了，參考上面Hanlder的正確寫法)。
4.未取消注冊或回調導致內存泄露
比如我們在Activity中注冊廣播，如果在Activity銷毀后不取消注冊，那么這個剛播會一直存在系統中，同上面所說的非靜態內部類一樣持有Activity引用，導致內存泄露。因此注冊廣播后在Activity銷毀后一定要取消注冊。在注冊觀察則模式的時候，如果不及時取消也會造成內存泄露。比如使用Retrofit+RxJava注冊網絡請求的觀察者回調，同樣作為匿名內部類持有外部引用，所以需要記得在不用或者銷毀的時候取消注冊。
5.Timer和TimerTask導致內存泄露
Timer和TimerTask在Android中通常會被用來做一些計時或循環任務，比如實現無限輪播的ViewPager：
- private void stopTimer(){
- if(mTimer!=null){
- mTimer.cancel();
- mTimer.purge();
- mTimer = null;
- }
- if(mTimerTask!=null){
- mTimerTask.cancel();
- mTimerTask = null;
- }
- }
- @Override
- protected void onDestroy() {
- super.onDestroy();
- stopTimer();
- }
當我們Activity銷毀的時，有可能Timer還在繼續等待執行TimerTask，它持有Activity的引用不能被回收，因此當我們Activity銷毀的時候要立即cancel掉Timer和TimerTask，以避免發生內存泄漏。
6.集合中的對象未清理造成內存泄露
這個比較好理解，如果一個對象放入到ArrayList、HashMap等集合中，這個集合就會持有該對象的引用。當我們不再需要這個對象時，也并沒有將它從集合中移除，這樣只要集合還在使用(而此對象已經無用了)，這個對象就造成了內存泄露。并且如果集合被靜態引用的話，集合里面那些沒有用的對象更會造成內存泄露了。所以在使用集合時要及時將不用的對象從集合remove，或者clear集合，以避免內存泄漏。
7.資源未關閉或釋放導致內存泄露
在使用IO、File流或者Sqlite、Cursor等資源時要及時關閉。這些資源在進行讀寫操作時通常都使用了緩沖，如果不及時關閉，這些緩沖對象就會一直被占用而得不到釋放，以致發生內存泄露。因此我們在不需要使用它們的時候就及時關閉，以便緩沖能及時得到釋放，從而避免內存泄露。
8.屬性動畫造成內存泄露
動畫同樣是一個耗時任務，比如在Activity中啟動了屬性動畫(ObjectAnimator)，但是在銷毀的時候，沒有調用cancle方法，雖然我們看不到動畫了，但是這個動畫依然會不斷地播放下去，動畫引用所在的控件，所在的控件引用Activity，這就造成Activity無法正常釋放。因此同樣要在Activity銷毀的時候cancel掉屬性動畫，避免發生內存泄漏。
9.WebView造成內存泄露
關于WebView的內存泄露，因為WebView在加載網頁后會長期占用內存而不能被釋放，因此我們在Activity銷毀后要調用它的destory()方法來銷毀它以釋放內存。另外在查閱WebView內存泄露相關資料時看到這種情況：Webview下面的Callback持有Activity引用，造成Webview內存無法釋放，即使是調用了Webview.destory()等方法都無法解決問題(Android5.1之后)。最終的解決方案是：在銷毀WebView之前需要先將WebView從父容器中移除，然后再銷毀WebView。
總結
- 對于生命周期比Activity長的對象(單例)，要避免直接引用Activity的context，可以考慮使用ApplicationContext，靜態變量不使用時及時置空;
- Handler持有的引用最好使用弱引用，在Activity被釋放的時候要記得清空Message，取消Handler對象的Runnable;
- 非靜態內部類、非靜態匿名內部類會自動持有外部類的引用，為避免內存泄露，可以考慮把內部類聲明為靜態的;
- 廣播接收器、EventBus等的使用過程中，注冊/反注冊應該成對使用，但凡有注冊的都應該有反注冊;
- 不再使用的資源對象Cursor、File、Bitmap等要記住正確關閉;
集合里面的東西有加入就應該對應有相應的刪除。
屬性動畫及時取消，注意webview內存泄漏問題
