Android 性能优化之旅2--内存分析工具的使用(上)

先给出一个内存泄漏的栗子

我们在项目中经常会创建一些工具类,例如获取屏幕信息的、SharePreference、图片压缩等工具类,而且我们往往写成单利,例如下面的CommonUtils所示。(防止内存泄漏就应该使用Application Context)

    /**
     * 测试内存泄漏
     */
    public class CommonUtils {

        private static CommonUtils sInstance;
        private Context mContext;

        private CommonUtils(Context context) {
            mContext = context;
        }

        public static CommonUtils getInstance(Context context) {
            if (sInstance == null) {
                sInstance = new CommonUtils(context);
            }
            return sInstance;
        }
    }

在Activity中,我们经常这样使用:

    public class LeakActivity extends AppCompatActivity {

        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_leak);

            CommonUtils.getInstance(this);
        }
    }

这就是很典型的单例模式导致内存对象无法释放而导致Activity内存泄露,因为CommonUtils持有Activity的引用,导致Activity不能被正常回收。即Destroy之后还存在。

我们先通过这一个简单的栗子来演示一遍工具的使用,然后总结一下:在不知道哪里发生内存泄漏的时候,我们应该如何利用工具提供的线索去分析。

Android Studio Android Monitor的使用

首先运行我们的项目,然后打开Android Monitor。如下图所示:

Android Monitor.png

Android Monitor可以看到手机的一些信息,我们目前最关心的是Memory这一板块。这里可以看到我们APP进程的空闲内存和已经分配的内存,如图右边所示。在图的前面部分我们可以看到分配内存突然减少,这就是GC在回收垃圾了。

内存抖动:当内存发生很频繁地起伏的时候,这就是内存抖动,这时候就要注意是不是内存泄漏引起的了。

左上角有三个小工具,这里先介绍前面两个,第一个是手动触发GC,第二个是拍堆内存快照。

工具栏.png

我们手动触发GC多几次,等到内存稳定下来的时候,然后拍快照,这时候AS会自动拉去hprf文件并且打开。然后我们旋转屏幕,触发内存泄漏,然后再重复这样的操作。

hprof文件.png

我们可以通过选择查看APP、Image、Zygote的内存信息,也可以选择按照包名来展示。这里需要解释的参数有:单位是byte

Total Count:对象的总个数。
Heap Count:对象在堆内存中的个数。
Sizeof:对象本身的大小。
Shallow Size:所有该类的对象的大小总和。
Retained Size:所有该类的对象释放的时候(包括引用了该类的对象的释放)释放的总内存之和。
Depth:对象被引用的深度,如果没有被引用,则深度为0;直接引用,深度为1,如此类推。
Dominating Size:对象管辖的内存大小。

下面我们进行分析,按照包名分类展示,找到我们的LeakActivity,可以在右边看到有几个LeakActivity实例。在下面我们可以看到LeakActivity的引用树。在蓝色的部分就要注意了,可以看大我们的CommonUtils通过mContext直接引用了LeakActivity,蓝色高亮部分一般代表内存泄漏。我们也可以通过点击右边的Analyzer Tasks右上角的绿色三角形来进行自动分析。

其实我们可以直接看Activity的数量(2)就可以推测出来是否有内存泄漏了。

内存分析.png
延伸

我们多旋转几次,内存里面是会有多个Activity实例的,但是一旦内存比较紧张的时候,只会保留第0个和最后创建的那个。
中间的几个Activity会被回收,因为并没有被CommonUtil引用。

CommonUtil与Activity的生命周期不一致,不一致的时候有可能造成泄漏。

实际项目比较复杂,需要引用树一个一个分析,引用是否合理,然后看代码。工具只是提供线索。

MAT的使用

MAT是Memory Analyzer Tools的简称,是专门用于Java内存分析的工具,是Eclipse的插件,也可以单独使用,可以从官网下载。

首先我们要把AS生成的hprof文件转为为标准的文件,当然,如果是ADT的话,可以直接拿来用。如下图示:

转换.png

然后在MAT中打开:我们一般选择内存泄漏分析报告。

MAT.png

这里可以看到一些有问题的报告,例如Resources类被系统的类加载器加载进来了,并且占用了很大内存空间。但是一般这个界面没有什么卵用。

报告.png

下面这个界面比较重要:

Histogram:Lists number of instances per class
内存中对象个数和大小,最主要看这个,其余都是看大概。

Dominator Tree: List the biggest objects and what they keep alive.
列举大对象,同时它们依赖什么,是否还存在。

Overview.png

这个界面可以看到跟AS差不多的东西,这里不详细介绍。

内存分析.png

我们先回顾一下GC回收的算法:
以”GC Roots”的对象作为起始点向下搜索,搜索形成的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(即不可达的),则该对象被判定为可以被回收的对象,反之不能被回收。也写出了内存泄露的原因:对象无用了,但仍然可达(未释放),垃圾回收器无法回收。那些相互引用而不能被回收的就是内存泄漏的对象。

我们搜索LeakActivity,然后点击右键,选择Merge Shortest Path to GC Roots,选择exclude all phantom/weak/soft etc.references, 意思是查看排除虚引用/弱引用/软引用等的引用链 (这些引用最终都能够被GC干掉,所以排除)。最后可以看到还有两个对象引用了LeakActivity,其中输入法是系统的BUG。

这里也可以看到该对象被谁引用了,或者引用了谁,incmming outcomming

内存分析1.png
快照的对比

当我们怀疑执行了某一个动作导致APP卡慢的时候,可以在这个动作之前先拍一个快照,执行动作之后再拍一个,然后利用MAT进行对比。

在Navigation History界面中,选中 History add to compare basket,点击右上角的红色叹号执行对比分析,通过对比分析,看看执行动作前后对象的内存分配、数量差异也可以发现问题。

对比.png

最后,其实我们也可以直接通过Android Monitor的内存报告,看View以及Activity的数量来进行预判:
当app退出的时候,这个进程里面所有的对象应该就都被回收了,尤其是很容易被泄露的(View,Activity)是否还内存当中。
可以让app退出以后,查看系统该进程里面的所有的View、Activity对象是否为0.
工具:使用AndroidStudio--AndroidMonitor--System Information--Memory Usage查看Objects里面的views和Activity的数量是否为0.

内存报告.png

总结

往往做项目的时候情况非常复杂,或者项目做得差不多了想起来要性能优化检查下内存泄露。

如何找到项目中存在的内存泄露的这些地方呢?

1.确定是否存在内存泄露

1)Android Monitors的内存分析
    最直观的看内存增长情况,知道该动作是否发生内存泄露。(内存抖动)
    动作发生之前:GC完后内存1.4M; 动作发生之后:GC完后内存1.6M

2)使用MAT内存分析工具
MAT分析heap的总内存占用大小来初步判断是否存在泄露
Heap视图中有一个Type叫做data object,即数据对象,也就是我们的程序中大量存在的类类型的对象。
在data object一行中有一列是“Total Size”,其值就是当前进程中所有Java数据对象的内存总量,
一般情况下,这个值的大小决定了是否会有内存泄漏。
我们反复执行某一个操作并同时执行GC排除可以回收掉的内存,注意观察data object的Total Size值,
正常情况下Total Size值都会稳定在一个有限的范围内,也就是说由于程序中的的代码良好,没有造成对象不被垃圾回收的情况。
反之如果代码中存在没有释放对象引用的情况,随着操作次数的增多Total Size的值会越来越大。

那么这里就已经初步判断这个操作导致了内存泄露的情况。

2.先找怀疑对象(哪些对象属于泄露的)

MAT对比操作前后的hprof来定位内存泄露是泄露了什么数据对象。(这样做可以排除一些对象,不用后面去查看所有被引用的对象是否是嫌疑)
快速定位到操作前后所持有的对象哪些是增加了(GC后还是比之前多出来的对象就可能是泄露对象嫌疑犯)
技巧:Histogram中还可以对对象进行Group,比如选择Group By Package更方便查看自己Package中的对象信息。

3.MAT分析hprof来定位内存泄露的原因所在。(哪个对象持有了上面怀疑出来的发生泄露的对象)
1)Dump出内存泄露“当时”的内存镜像hprof,分析怀疑泄露的类;
2)把上面2得出的这些嫌疑犯一个一个排查个遍。步骤:

    (1)进入Histogram,过滤出某一个嫌疑对象类
    (2)然后分析持有此类对象引用的外部对象(在该类上面点击右键List Objects--->with incoming references)
    (3)再过滤掉一些弱引用、软引用、虚引用,因为它们迟早可以被GC干掉不属于内存泄露
       (在类上面点击右键Merge Shortest Paths to GC Roots--->exclude all phantom/weak/soft etc.references)
    (4)逐个分析每个对象的GC路径是否正常
       此时就要进入代码分析此时这个对象的引用持有是否合理,这就要考经验和体力了!
       (比如上课的例子中:旋转屏幕后MainActivity有两个,肯定MainActivity发生泄露了,
         那谁导致他泄露的呢?原来是我们的CommonUtils类持有了旋转之前的那个MainActivity他,
         那是否合理?结合逻辑判断当然不合理,由此找到内存泄露根源是CommonUtils类持有了该MainActivity实例造成的。
         怎么解决?罪魁祸首找到了,怎么解决应该不难了,不同情况解决办法不一样,要靠你的智慧了。)
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