android 記憶體溢出問題分析

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最近的項目中，記憶體一直再增長，但是不知道是什麼問題，導致記憶體溢出，在網上看到了這麼一篇關於記憶體分析與管理的文章，解決了部分問題，感覺這篇文 章還不錯，就轉帖到我的blog上了，希望對大家有所協助。如果哪裡有不好的地方，給留下言，然後我們大家繼續完善記憶體泄露的問題，對大家都會有所協助 的，呵呵

一、概述 1
二、Android(Java)中常見的容易引起記憶體流失的不良代碼 1
(一) 查詢資料庫沒有關閉遊標 2
(二) 構造Adapter時，沒有使用緩衝的 convertView 3
(三) Bitmap對象不在使用時調用recycle()釋放記憶體 4
(四) 釋放對象的引用 4
(五) 其他 5
三、記憶體監測工具 DDMS --> Heap 5
四、記憶體分析工具 MAT(Memory Analyzer Tool) 7
(一) 產生.hprof檔案 7
(二) 使用MAT匯入.hprof檔案 8
(三) 使用MAT的視圖工具分析記憶體 8
 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運 行的。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，監聽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，當需要顯示鎖屏界 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無法被垃 圾回收。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透視圖，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對 象，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。

 

 

   Android的記憶體溢出是如何發生的?

    Android的虛擬機器是基於寄存器的Dalvik，它的最大堆大小一般是16M，有的機器為24M。因此我們所能利用的記憶體空間是有限的。如果我們的記憶體佔用超過了一定的水平就會出現OutOfMemory的錯誤。

為什麼會出現記憶體不夠用的情況呢？我想原因主要有兩個：

• 由於我們程式的失誤，長期保持某些資源（如Context）的引用，造成記憶體泄露，資源造成得不到釋放。
• 儲存了多個耗用記憶體過大的對象（如Bitmap），造成記憶體超出限制。

三、萬惡的static

    static是Java中的一個關鍵字，當用它來修飾成員變數時，那麼該變數就屬於該類，而不是該類的執行個體。所以用static修飾的變數，它的生命週期是很長的，如果用它來引用一些資源耗費過多的執行個體（Context的情況最多），這時就要謹慎對待了。

1. public class ClassName {  
2.      private static Context mContext;  
3.      //省略  
4. }  

以上的代碼是很危險的，如果將Activity賦值到麼mContext的話。那麼即使該Activity已經onDestroy，但是由於仍有對象儲存它的引用，因此該Activity依然不會被釋放。

    我們舉Android文檔中的一個例子。

1. private static Drawable sBackground;  
2.      
3.  @Override  
4.  protected void onCreate(Bundle state) {  
5.    super.onCreate(state);  
6.      
7.    TextView label = new TextView(this);  
8.    label.setText("Leaks are bad");  
9.      
10.    if (sBackground == null) {  
11.      sBackground = getDrawable(R.drawable.large_bitmap);  
12.    }  
13.    label.setBackgroundDrawable(sBackground);  
14.      
15.    setContentView(label);  
16.  }  

    sBackground, 是 一個靜態變數，但是我們發現，我們並沒有顯式的儲存Contex的引用，但是，當Drawable與View串連之後，Drawable就將View設 置為一個回調，由於View中是包含Context的引用的，所以，實際上我們依然儲存了Context的引用。這個引用鏈如下：

    Drawable->TextView->Context

    所以，最終該Context也沒有得到釋放，發生了記憶體泄露。

    如何才能有效避免這種引用的發生呢？

    第一，應該盡量避免static成員變數引用資源耗費過多的執行個體，比如Context。

    第二、Context盡量使用Application Context，因為Application的Context的生命週期比較長，引用它不會出現記憶體泄露的問題。

    第三、使用WeakReference代替強引用。比如可以使用WeakReference<Context> mContextRef;

    該部分的詳細內容也可以參考Android文檔中Article部分。

四、都是線程惹的禍

    線程也是造成記憶體泄露的一個重要的源頭。線程產生記憶體泄露的主要原因在於線程生命週期的不可控。我們來考慮下面一段代碼。

1. public class MyActivity extends Activity {  
2.     @Override  
3.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
4.         super.onCreate(savedInstanceState);  
5.         setContentView(R.layout.main);  
6.         new MyThread().start();  
7.     }  
8.   
9.     private class MyThread extends Thread{  
10.         @Override  
11.         public void run() {  
12.             super.run();  
13.             //do somthing  
14.         }  
15.     }  
16. }  

    這段代碼很平常也很 簡單，是我們經常使用的形式。我們思考一個問題：假設MyThread的run函數是一個很費時的操作，當我們開啟該線程後，將裝置的橫屏變為了豎屏，一 般情況下當螢幕轉換時會重新建立Activity，按照我們的想法，老的Activity應該會被銷毀才對，然而事實上並非如此。

    由於我們的線程是Activity的內部類，所以MyThread中儲存了Activity的一個引用，當MyThread的run函數沒有結束時，MyThread是不會被銷毀的，因此它所引用的老的Activity也不會被銷毀，因此就出現了記憶體泄露的問題。

 

    有些人喜歡用Android提供的AsyncTask，但事實上AsyncTask的問題更加嚴重，Thread只有在run函數不結束時才出現這種內 存泄露問題，然而AsyncTask內部的實現機制是運用了ThreadPoolExcutor,該類產生的Thread對象的生命週期是不確定的，是應 用程式無法控制的，因此如果AsyncTask作為Activity的內部類，就更容易出現記憶體泄露的問題。

    這種線程導致的記憶體泄露問題應該如何解決呢？

    第一、將線程的內部類，改為靜態內部類。

    第二、線上程內部採用弱引用儲存Context引用。

    解決的模型如下：

1. public abstract class WeakAsyncTask<Params, Progress, Result, WeakTarget> extends  
2.         AsyncTask<Params, Progress, Result> {  
3.     protected WeakReference<WeakTarget> mTarget;  
4.   
5.     public WeakAsyncTask(WeakTarget target) {  
6.         mTarget = new WeakReference<WeakTarget>(target);  
7.     }  
8.   
9.     /** {@inheritDoc} */  
10.     @Override  
11.     protected final void onPreExecute() {  
12.         final WeakTarget target = mTarget.get();  
13.         if (target != null) {  
14.             this.onPreExecute(target);  
15.         }  
16.     }  
17.   
18.     /** {@inheritDoc} */  
19.     @Override  
20.     protected final Result doInBackground(Params... params) {  
21.         final WeakTarget target = mTarget.get();  
22.         if (target != null) {  
23.             return this.doInBackground(target, params);  
24.         } else {  
25.             return null;  
26.         }  
27.     }  
28.   
29.     /** {@inheritDoc} */  
30.     @Override  
31.     protected final void onPostExecute(Result result) {  
32.         final WeakTarget target = mTarget.get();  
33.         if (target != null) {  
34.             this.onPostExecute(target, result);  
35.         }  
36.     }  
37.   
38.     protected void onPreExecute(WeakTarget target) {  
39.         // No default action  
40.     }  
41.   
42.     protected abstract Result doInBackground(WeakTarget target, Params... params);  
43.   
44.     protected void onPostExecute(WeakTarget target, Result result) {  
45.         // No default action  
46.     }  
47. }  

 

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