Android 記憶體流失調試

一、概述

Java編程中經常容易被忽視，但本身又十分重要的一個問題就是記憶體使用量的問題。Android應用主要使用Java語言編寫，因此這個問題也同樣會在Android開發中出現。本文不對Java編程問題做探討，而是對於在Android中，特別是應用開發中的此類問題進行整理。

由於作者接觸Android時間並不是很長，因此如有敘述不當之處，歡迎指正。
二、Android(Java)中常見的容易引起記憶體流失的不良代碼

Android主要應用在嵌入式裝置當中，而嵌入式裝置由於一些眾所周知的條件限制，通常都不會有很高的配置，特別是記憶體是比較有限的。如果我們編寫的代碼當中有太多的對記憶體使用量不當的地方，難免會使得我們的裝置運行緩慢，甚至是死機。為了能夠使得Android應用程式安全且快速的運行，Android的每個應用程式都會使用一個專有的Dalvik虛擬機器執行個體來運行，它是由Zygote服務進程孵化出來的，也就是說每個應用程式都是在屬於自己的進程中啟動並執行。一方面，如果程式在運行過程中出現了記憶體流失的問題，僅僅會使得自己的進程被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）。另一方面Android為不同類型的進程分配了不同的記憶體使用量上限，如果應用進程使用的記憶體超過了這個上限，則會被系統視為記憶體流失，從而被kill掉。Android為應用進程分配的記憶體上限如下所示：

位置： /ANDROID_SOURCE/system/core/rootdir/init.rc 部分指令碼

# Define the oom_adj values for the classes of processes that can be

# killed by the kernel.  These are used in ActivityManagerService.

setprop ro.FOREGROUND_APP_ADJ 0

setprop ro.VISIBLE_APP_ADJ 1

setprop ro.SECONDARY_SERVER_ADJ 2

setprop ro.BACKUP_APP_ADJ 2

setprop ro.HOME_APP_ADJ 4

setprop ro.HIDDEN_APP_MIN_ADJ 7

setprop ro.CONTENT_PROVIDER_ADJ 14

setprop ro.EMPTY_APP_ADJ 15

# Define the memory thresholds at which the above process classes will

# be killed.  These numbers are in pages (4k).

setprop ro.FOREGROUND_APP_MEM 1536

setprop ro.VISIBLE_APP_MEM 2048

setprop ro.SECONDARY_SERVER_MEM 4096

setprop ro.BACKUP_APP_MEM 4096

setprop ro.HOME_APP_MEM 4096

setprop ro.HIDDEN_APP_MEM 5120

setprop ro.CONTENT_PROVIDER_MEM 5632

setprop ro.EMPTY_APP_MEM 6144

# Write value must be consistent with the above properties.

# Note that the driver only supports 6 slots, so we have HOME_APP at the

# same memory level as services.

write /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj 0,1,2,7,14,15

write /proc/sys/vm/overcommit_memory 1

write /proc/sys/vm/min_free_order_shift 4

write /sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree 1536,2048,4096,5120,5632,6144

# Set init its forked children's oom_adj.

write /proc/1/oom_adj -16

正因為我們的應用程式能夠使用的記憶體有限，所以在編寫代碼的時候需要特別注意記憶體使用量問題。如下是一些常見的記憶體使用量不當的情況。

(一) 查詢資料庫沒有關閉遊標

描述：

程式中經常會進行查詢資料庫的操作，但是經常會有使用完畢Cursor後沒有關閉的情況。如果我們的查詢結果集比較小，對記憶體的消耗不容易被發現，只有在常時間大量操作的情況下才會複現記憶體問題，這樣就會給以後的測試和問題排查帶來困難和風險。

範例程式碼：

Cursor cursor = getContentResolver().query(uri ...);

if (cursor.moveToNext()) {

... ...

}

修正範例程式碼：

Cursor cursor = null;

try {

cursor = getContentResolver().query(uri ...);

if (cursor != null && cursor.moveToNext()) {

... ...

}

} finally {

if (cursor != null) {

try {

cursor.close();

} catch (Exception e) {

//ignore this

}

}

}

(二) 構造Adapter時，沒有使用緩衝的 convertView

描述：

以構造ListView的BaseAdapter為例，在BaseAdapter中提高了方法：

public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent)

來向ListView提供每一個item所需要的view對象。初始時ListView會從BaseAdapter中根據當前的螢幕布局執行個體化一定數量的view對象，同時ListView會將這些view對象緩衝起來。當向上滾動ListView時，原先位於最上面的list item的view對象會被回收，然後被用來構造新出現的最下面的list item。這個構造過程就是由getView()方法完成的，getView()的第二個形參 View convertView就是被緩衝起來的list item的view對象(初始化時緩衝中沒有view對象則convertView是null)。

由此可以看出，如果我們不去使用convertView，而是每次都在getView()中重新執行個體化一個View對象的話，即浪費資源也浪費時間，也會使得記憶體佔用越來越大。ListView回收list item的view對象的過程可以查看:

android.widget.AbsListView.java --> void addScrapView(View scrap) 方法。

範例程式碼：

public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) {

View view = new Xxx(...);

... ...

return view;

}

修正範例程式碼：

public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) {

View view = null;

if (convertView != null) {

view = convertView;

populate(view, getItem(position));

...

} else {

view = new Xxx(...);

...

}

return view;

}

(三) Bitmap對象不在使用時調用recycle()釋放記憶體

描述：

有時我們會手工的操作Bitmap對象，如果一個Bitmap對象比較占記憶體，當它不在被使用的時候，可以調用Bitmap.recycle()方法回收此對象的像素所佔用的記憶體，但這不是必須的，視情況而定。可以看一下代碼中的注釋：

/**

* Free up the memory associated with this bitmap's pixels, and mark the

* bitmap as "dead", meaning it will throw an exception if getPixels() or

* setPixels() is called, and will draw nothing. This operation cannot be

* reversed, so it should only be called if you are sure there are no

* further uses for the bitmap. This is an advanced call, and normally need

* not be called, since the normal GC process will free up this memory when

* there are no more references to this bitmap.

*/
(四) 釋放對象的引用

描述：

這種情況描述起來比較麻煩，舉兩個例子進行說明。

樣本A：

假設有如下操作

public class DemoActivity extends Activity {

... ...

private Handler mHandler = ...

private Object obj;

public void operation() {

obj = initObj();

...

[Mark]

mHandler.post(new Runnable() {

public void run() {

useObj(obj);

}

});

}

}

我們有一個成員變數 obj，在operation()中我們希望能夠將處理obj執行個體的操作post到某個線程的MessageQueue中。在以上的代碼中，即便是mHandler所在的線程使用完了obj所引用的對象，但這個對象仍然不會被記憶體回收掉，因為DemoActivity.obj還保有這個對象的引用。所以如果在DemoActivity中不再使用這個對象了，可以在[Mark]的位置釋放對象的引用，而代碼可以修改為：

... ...

public void operation() {

obj = initObj();

...

final Object o = obj;

obj = null;

mHandler.post(new Runnable() {

public void run() {

useObj(o);

}

}

}

... ...

樣本B:

假設我們希望在鎖定畫面(LockScreen)中，****系統中的電話語音以擷取一些資訊(如訊號強度等)，則可以在LockScreen中定義一個PhoneStateListener的對象，同時將它註冊到TelephonyManager服務中。對於LockScreen對象，當需要顯示鎖定畫面的時候就會建立一個LockScreen對象，而當鎖定畫面消失的時候LockScreen對象就會被釋放掉。

但是如果在釋放LockScreen對象的時候忘記取消我們之前註冊的PhoneStateListener對象，則會導致LockScreen無法被記憶體回收。如果不斷的使鎖定畫面顯示和消失，則最終會由於大量的LockScreen對象沒有辦法被回收而引起OutOfMemory,使得system_process進程掛掉。

總之當一個生命週期較短的對象A，被一個生命週期較長的對象B保有其引用的情況下，在A的生命週期結束時，要在B中清除掉對A的引用。
(五) 其他

Android應用程式中最典型的需要注意釋放資源的情況是在Activity的生命週期中，在onPause()、onStop()、onDestroy()方法中需要適當的釋放資源的情況。由於此情況很基礎，在此不詳細說明，具體可以查看官方文檔對Activity生命週期的介紹，以明確何時應該釋放哪些資源。
三、記憶體監測工具 DDMS --> Heap

無論怎麼小心，想完全避免bad code是不可能的，此時就需要一些工具來協助我們檢查代碼中是否存在會造成記憶體流失的地方。Android tools中的DDMS就帶有一個很不錯的記憶體監測工具Heap(這裡我使用eclipse的ADT外掛程式，並以真機為例，在模擬器中的情況類似)。用Heap監測應用進程使用記憶體情況的步驟如下：

1. 啟動eclipse後，切換到DDMS****圖，並確認Devices視圖、Heap視圖都是開啟的；

2. 將手機通過USB連結至電腦，連結時需要確認手機是處於“USB調試”模式，而不是作為“Mass Storage”；

3. 連結成功後，在DDMS的Devices視圖中將會顯示手機裝置的序號，以及裝置中正在啟動並執行部分進程資訊；

4. 點擊選中想要監測的進程，比如system_process進程；

5. 點擊選中Devices視圖介面中最上方一排表徵圖中的“Update Heap”表徵圖；

6. 點擊Heap視圖中的“Cause GC”按鈕；

7. 此時在Heap視圖中就會看到當前選中的進程的記憶體使用量量的詳細情況［］。

說明：

a) 點擊“Cause GC”按鈕相當於向虛擬機器請求了一次gc操作；

b) 當記憶體使用量資訊第一次顯示以後，無須再不斷的點擊“Cause GC”，Heap視圖介面會定時重新整理，在對應用的不斷的操作過程中就可以看到記憶體使用量的變化；

c) 記憶體使用量資訊的各項參數根據名稱即可知道其意思，在此不再贅述。

如何才能知道我們的程式是否有記憶體流失的可能性呢。這裡需要注意一個值：Heap視圖中部有一個Type叫做data object，即資料對象，也就是我們的程式中大量存在的類類型的對象。在data object一行中有一列是“Total Size”，其值就是當前進程中所有Java資料對象的記憶體總量，一般情況下，這個值的大小決定了是否會有記憶體流失。可以這樣判斷：

a) 不斷的操作當前應用，同時注意觀察data object的Total Size值；

b) 正常情況下Total Size值都會穩定在一個有限的範圍內，也就是說由於程式中的的代碼良好，沒有造成對象不被記憶體回收的情況，所以說雖然我們不斷的操作會不斷的產生很多個物件，而在虛擬機器不斷的進行GC的過程中，這些對象都被回收了，記憶體佔用量會會落到一個穩定的水平；

c) 反之如果代碼中存在沒有釋放對象引用的情況，則data object的Total Size值在每次GC後不會有明顯的回落，隨著操作次數的增多Total Size的值會越來越大，

直到到達一個上限後導致進程被kill掉。

d) 此處已system_process進程為例，在我的測試環境中system_process進程所佔用的記憶體的data object的Total Size正常情況下會穩定在2.2~2.8之間，而當其值超過3.55後進程就會被kill。

總之，使用DDMS的Heap視圖工具可以很方便的確認我們的程式是否存在記憶體流失的可能性。
四、記憶體分析工具 MAT(Memory Analyzer Tool)

如果使用DDMS確實發現了我們的程式中存在記憶體流失，那又如何定位到具體出現問題的程式碼片段，最終找到問題所在呢？如果從頭到尾的分析代碼邏輯，那肯定會把人逼瘋，特別是在維護別人寫的代碼的時候。這裡介紹一個極好的記憶體分析工具 -- Memory Analyzer Tool(MAT)。

MAT是一個Eclipse外掛程式，同時也有單獨的RCP用戶端。官方、MAT介紹和詳細的使用教程請參見：www.eclipse.org/mat，在此不進行說明了。另外在MAT安裝後的協助文檔裡也有完備的使用教程。在此僅舉例說明其使用方法。我自己使用的是MAT的eclipse外掛程式，使用外掛程式要比RCP稍微方便一些。

使用MAT進行記憶體分析需要幾個步驟，包括：產生.hprof檔案、開啟MAT並匯入.hprof檔案、使用MAT的視圖工具分析記憶體。以下詳細介紹。
(一) 產生.hprof檔案

產生.hprof檔案的方法有很多，而且Android的不同版本中產生.hprof的方式也稍有差別，我使用的版本的是2.1，各個版本中產生.prof檔案的方法請參考：

http://android.git.kernel.org/?p=platform/dalvik.git;a=blob_plain;f=docs/heap-profiling.html;hb=HEAD。

1. 開啟eclipse並切換到DDMS****圖，同時確認Devices、Heap和logcat視圖已經開啟了；

2. 將手機裝置連結到電腦，並確保使用“USB 調試”模式連結，而不是“Mass Storage“模式；

3. 連結成功後在Devices視圖中就會看到裝置的序號，和裝置中正在啟動並執行部分進程；

4. 點擊選中想要分析的應用的進程，在Devices視圖上方的一行表徵圖按鈕中，同時選中“Update Heap”和“Dump HPROF file”兩個按鈕；

5. 這是DDMS工具將會自動產生當前選中進程的.hprof檔案，並將其進行轉換後存放在sdcard當中，如果你已經安裝了MAT外掛程式，那麼此時MAT將會自動被啟用，並開始對.hprof檔案進行分析；

注意：第4步和第5步能夠正常使用前提是我們需要有sdcard，並且當前進程有向sdcard中寫入的許可權(WRITE_EXTERNAL_STORAGE)，否則.hprof檔案不會被產生，在logcat中會顯示諸如

ERROR/dalvikvm(8574): hprof: can't open /sdcard/com.xxx.hprof-hptemp: Permission denied.

的資訊。

如果我們沒有sdcard，或者當前進程沒有向sdcard寫入的許可權（如system_process），那我們可以這樣做：

6. 在當前程式中，例如framework中某些代碼中，可以使用android.os.Debug中的：

public static void dumpHprofData(String fileName) throws IOException

方法，手動的指定.hprof檔案的產生位置。例如：

xxxButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {

public void onClick(View view) {

android.os.Debug.dumpHprofData("/data/temp/myapp.hprof");

... ...

}

}

上述代碼意圖是希望在xxxButton被點擊的時候開始抓取記憶體使用量資訊，並儲存在我們指定的位置：/data/temp/myapp.hprof，這樣就沒有許可權的限制了，而且也無須用sdcard。但要保證/data/temp目錄是存在的。這個路徑可以自己定義，當然也可以寫成sdcard當中的某個路徑。

(二) 使用MAT匯入.hprof檔案

1. 如果是eclipse自動產生的.hprof檔案，可以使用MAT外掛程式直接開啟（可能是比較新的ADT才支援）；

2. 如果eclipse自動產生的.hprof檔案不能被MAT直接開啟，或者是使用android.os.Debug.dumpHprofData()方法手動產生的.hprof檔案，則需要將.hprof檔案進行轉換，轉換的方法：

例如我將.hprof檔案拷貝到PC上的/ANDROID_SDK/tools目錄下，並輸入命令hprof-conv xxx.hprof yyy.hprof，其中xxx.hprof為原始檔案，yyy.hprof為轉換過後的檔案。轉換過後的檔案自動放在/ANDROID_SDK/tools目錄下。OK，到此為止，.hprof檔案處理完畢，可以用來分析記憶體泄露情況了。

3. 在Eclipse中點擊Windows->Open Perspective->Other->Memory Analyzer，或者打Memory Analyzer Tool的RCP。在MAT中點擊File->Open File，瀏覽並匯入剛剛轉換而得到的.hprof檔案。
(三) 使用MAT的視圖工具分析記憶體

匯入.hprof檔案以後，MAT會自動解析並產生報告，點擊Dominator Tree，並按Package分組，選擇自己所定義的Package類點右鍵，在快顯功能表中選擇List objects->With incoming references。這時會列出所有可疑類，右鍵點擊某一項，並選擇Path to GC Roots -> exclude weak/soft references，會進一步篩選出跟程式相關的所有有記憶體泄露的類。據此，可以追蹤到代碼中的某一個產生泄露的類。

MAT的介面如所示。

具體的分析方法在此不做說明了，因為在MAT的官方網站和用戶端的協助文檔中有十分詳盡的介紹。

瞭解MAT中各個視圖的作用很重要，例如www.eclipse.org/mat/about/screenshots.php中介紹的。

總之使用MAT分析記憶體尋找記憶體流失的根本思路，就是找到哪個類的對象的引用沒有被釋放，找到沒有被釋放的原因，也就可以很容易定位代碼中的哪些片段的邏輯有問題了。

至此請各位自己動手，豐衣足食吧！