Android性能優(yōu)化之內(nèi)存優(yōu)化的方法

這篇文章主要介紹了Android性能優(yōu)化之內(nèi)存優(yōu)化的方法的相關(guān)知識，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Android性能優(yōu)化之內(nèi)存優(yōu)化的方法文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

1、Android內(nèi)存管理機制

1.1 Java內(nèi)存分配模型

先上一張JVM將內(nèi)存劃分區(qū)域的圖

程序計數(shù)器：存儲當(dāng)前線程執(zhí)行目標(biāo)方法執(zhí)行到第幾行。

棧內(nèi)存：Java棧中存放的是一個個棧幀，每個棧幀對應(yīng)一個被調(diào)用的方法。棧幀包括局部標(biāo)量表，
操作數(shù)棧。

本地方法棧：本地方法棧主要是為執(zhí)行本地方法服務(wù)的。而Java棧是為執(zhí)行Java方法服務(wù)的。
方法區(qū)：該區(qū)域被線程共享。主要存儲每個類的信息（類名，方法信息，字段信息等）、靜態(tài)變量，常量，以及編譯器編譯后的代碼等。

堆：Java中的堆是被線程共享的，且JVM中只有一個堆內(nèi)存，主要存儲對象本身及數(shù)組

1.2 Dalvik和ART介紹

Dalvik:Dalvik是Google公司自己設(shè)計用于Android平臺的Java虛擬機。它可以支持已轉(zhuǎn)換為.dex格式的Java應(yīng)用程序的運行，.dex格式是專門為Dalvik應(yīng)用設(shè)計的一種壓縮格式，適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)，Dalvik經(jīng)過優(yōu)化，允許在有限的內(nèi)存中同時運行多個虛擬機實例，并且每一個Dalvik應(yīng)用做為獨立的Linux進程執(zhí)行，獨立的進程可以防止在虛擬機崩潰的時候所有程序都被關(guān)閉。

ART：ART表示Android Runtime，Dalvik是依靠一個just-In -Time編譯器去解釋字節(jié)碼，運行時編譯后的應(yīng)用都需要通過一個解釋器在用戶的設(shè)備上運行，這一機制并不是特別高效，但是能讓應(yīng)用更容易在不同的硬件和架構(gòu)上運行。ART則是完全改變了這種做法，在安裝應(yīng)用的時候就預(yù)編譯字節(jié)碼到機器語言，這一機制叫預(yù)編譯。在移除解釋代碼這一過程，應(yīng)用程序執(zhí)行將更有效率，啟動速度更快。

ART優(yōu)點：

1.系統(tǒng)性能更高

2.應(yīng)用啟動速度，運行更快，體驗更好，觸感反饋更加及時。

3.更長的電池續(xù)航能力

4.支持更低的硬件

ART缺點：

1.儲存空間占用更大。

2.應(yīng)用安裝時間更長。

Dalvik與ART區(qū)別

1.Dalvik每次都要編譯在運行，art只會安裝時啟動編譯

2.art占用的空間比Dalvik要大，就是用空間換時間

3.art減少編譯，減少CPU使用頻率，使用明顯改善電池續(xù)航

4.art啟動，運行更快，體驗更好，觸感反饋更及時。

1.3 為什么要進行內(nèi)存優(yōu)化

1.減少oom,提高應(yīng)用的穩(wěn)定性
2.減少卡頓，體驗更好
3.減少內(nèi)存占用，應(yīng)用存活率更高
4.提前處理掉一些異常的隱患

2、Java內(nèi)存回收算法

2.1判斷Java中對象是否存活的算法

2.1.1 引用計數(shù)算法

堆內(nèi)存的每個對象都有一個引用計數(shù)器，當(dāng)對象被引用的時候，計數(shù)器+1，當(dāng)引用失效時計數(shù)器-1，當(dāng)計數(shù)器的值為0時，說明該對象沒有被引用，就會被認(rèn)為是垃圾對象，系統(tǒng)將會將其回收內(nèi)存重新分配。

優(yōu)點：引用計數(shù)器執(zhí)行簡單，判定效率高。

缺點：對于循環(huán)引用的對象難以判斷出來，同時引用計數(shù)器增加了程序執(zhí)行的開銷，在jdk1.1后，就不在使用了。

2.1.1 根搜索法

GC Roots的對象做為起點，然后向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則該對象不可達，也就是說該對象為為垃圾對象，可以被回收。
在Java中，可以做為GC Roots的對象包括一下四種：

1.虛擬機棧中引用的對象

2.方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象

3.方法區(qū)中常量引用的對象

4.本地方法棧中JNI的引用對象

2.2 JVM垃圾回收算法

2.2.1 標(biāo)記清除法

最基礎(chǔ)的垃圾收集算法，算法分為標(biāo)記和清除兩個階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成之后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對象。

缺點：效率低，其次會產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存碎片，導(dǎo)致提前觸發(fā)另一次垃圾收集動作。

2.2.2 復(fù)制回收算法

復(fù)制回收算法是將可用內(nèi)存按容量分成大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這塊內(nèi)存使用完了，就將存活的對象復(fù)制到另一塊內(nèi)存上去，然后把使用過的內(nèi)存空間一次清理掉，這樣使得每都次都是對其中一塊內(nèi)存進行回收，內(nèi)存分配時不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況。

缺點：可使用內(nèi)存降為原來的一半。

2.2.3 標(biāo)記整理法

標(biāo)記-整理算法在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上做了改進，標(biāo)記階段將可回收的對象標(biāo)記出來，標(biāo)記完成后不是直接對可回收的對象進行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，在移動的過程中清理掉可回收的對象。

優(yōu)點：相比于標(biāo)記清除法來說，標(biāo)記整理法不會大量產(chǎn)生不連續(xù)內(nèi)存碎片問題。

缺點：如果是在對象存活率較高的情況下會執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會降低很多，而在存活率較低的情況下，效率會大大提高。

2.2.4 分代收集回收算法

當(dāng)前商業(yè)虛擬機都是采用的是分代收集算法，根據(jù)對象存活的周期不同將內(nèi)存劃分為幾塊，一般是將java堆分為年輕代，老年代和永久代。然后根據(jù)各個年代的特點來采取不同收集算法，年輕代存活率較低，采用復(fù)制回收算法，老年代對象存活率較高，采用標(biāo)記清除法或者是標(biāo)記整理法來進行回收。

3、內(nèi)存問題表現(xiàn)形式

3.1 內(nèi)存抖動

內(nèi)存波動圖呈鋸齒狀，gc頻繁導(dǎo)致卡頓。

3.2 內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄露簡單來說就是系統(tǒng)分配出去的內(nèi)存由于某種原因?qū)е聸]法釋放，內(nèi)存會越來越小，最終導(dǎo)致oom。

3.3 內(nèi)存溢出

即OOM，OOM時會導(dǎo)致程序異常。Android設(shè)備出廠以后，java虛擬機對單個應(yīng)用的最大內(nèi)存分配就確定下來了，超出這個值就會OOM。

4、內(nèi)存優(yōu)化常用工具

4.1 Memory Profiler

Memory Profiler是Android studio自帶的工具，實時圖表形式展示應(yīng)用內(nèi)存使用的情況，可以用來識別內(nèi)存泄露，抖動等
注意：如果在控制臺中沒有找到Profiler，可View -----> Tool Windows ---> Profiler 進行打開

優(yōu)點：方便直觀，便于線下使用

4.2 Memory Analyzer（MAT）

1、強大的java heap分析工具，查找內(nèi)存泄露及內(nèi)存占用

2、生成整體報告，便于分析問題

3、可以在線下深入使用

MAT使用：

獲取hprof文件

導(dǎo)出來的Dump是沒法直接使用mat打開的，Android SDK自帶了一個轉(zhuǎn)換工具在SDK的platform-tools下，其中轉(zhuǎn)換語句為：

cd D:\aa\sdk\platform-tools

hprof-conv aaa.hprof  bbb.hprof

注：aaa.hprof表示從profiler中導(dǎo)出來的dump文件，bbb.hprof 表示轉(zhuǎn)化出來的dump文件

使用mat打開轉(zhuǎn)化出來的dump

MAT視圖

在MAT窗口上，OverView是一個總體概覽，顯示總體的內(nèi)存消耗情況和疑似問題。

1、Histogram:列出內(nèi)存中的所有實例對象和個數(shù)以及大小，在頂部regex區(qū)域支撐正則表達式查找

2、Dominator Tree:列出最大的對象及其依賴存活的Object，相比于Histogram，能更方便的看出引用關(guān)系。

3、Top Consumers:通過圖像列出最大的Object

4、Leak Suspects:通過MAT自動分析內(nèi)存泄露的原因和泄露的一份總體報告

其中分析內(nèi)存情況，我們基本用到的就是Histogram和Dominator Tree

Class Name：類名。

Objects：對象實例個數(shù)。

Shallow Heap:對象自身占用內(nèi)存大小，不包括它引用的對象

Retained Heap:是當(dāng)前對象大小和直接或者間接引用到的對象大小總和，包括遞歸釋放的。

查找內(nèi)存泄露方式

步驟一：在Regex通過包名進行匹配，當(dāng)然也可以通過其他方式進行匹配

步驟二：右鍵選中懷疑對象，List objects --> with incoming references

注   with outgoing references 他引用了那些對象

with incoming references 那些對象引用了他

步驟三：選擇當(dāng)前的一個 Path to GC Roots/Merge to GC Roots 的 exclude All 弱軟虛引用。

圖標(biāo)的左下角出現(xiàn)這個，則表示出現(xiàn)了內(nèi)存泄露。然后回調(diào)代碼中分析即可。

4.3 LeakCanary

使用

implementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:1.5.4'

application中

public class App extends Application {

    private RefWatcher mRefWatcher;

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
     mRefWatcher = LeakCanary.install(this);
    }

    public static RefWatcher getRefWatcher(Context context) {
        App application = (App) context.getApplicationContext();
        return application.mRefWatcher;
    }
 }

在activity或者fragment中的onDestory()方法調(diào)用

RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(getActivity());
refWatcher.watch(this);

原理

主要是通過WeakReference + ReferenceQueue來判斷對象是否被系統(tǒng)GC回收，WeakReference創(chuàng)建時，傳入一個ReferenceQueue對象，當(dāng)WeakReference引用的對象生命周期結(jié)束后，會被添加到ReferenceQueue中，當(dāng)GC過后，對象一直沒有被添加進入到ReferenceQueue，可能就會存在內(nèi)存泄露，再次觸發(fā)GC，二次確認(rèn)。

5、常見的內(nèi)存泄露

1、資源性對象未關(guān)閉

對于資源性對象不再使用時，應(yīng)該立即調(diào)用它的close()函數(shù)，將其關(guān)閉，然后再置為null。例如Bitmap等資源未關(guān)閉會造成內(nèi)存泄漏，此時我們應(yīng)該在Activity銷毀時及時關(guān)閉。

2、注冊對象未注銷

例如BraodcastReceiver、EventBus未注銷造成的內(nèi)存泄漏，我們應(yīng)該在Activity銷毀時及時注銷。

3、類的靜態(tài)變量持有大數(shù)據(jù)對象

盡量避免使用靜態(tài)變量存儲數(shù)據(jù)，特別是大數(shù)據(jù)對象，建議使用數(shù)據(jù)庫存儲。

4、單例造成的內(nèi)存泄漏

優(yōu)先使用Application的Context，如需使用Activity的Context，可以在傳入Context時使用弱引用進行封裝，然后，在使用到的地方從弱引用中獲取Context，如果獲取不到，則直接return即可。

5、非靜態(tài)內(nèi)部類的靜態(tài)實例

該實例的生命周期和應(yīng)用一樣長，這就導(dǎo)致該靜態(tài)實例一直持有該Activity的引用，Activity的內(nèi)存資源不能正?；厥?。此時，我們可以將該內(nèi)部類設(shè)為靜態(tài)內(nèi)部類或?qū)⒃搩?nèi)部類抽取出來封裝成一個單例，如果需要使用Context，盡量使用Application Context，如果需要使用Activity Context，就記得用完后置空讓GC可以回收，否則還是會內(nèi)存泄漏。

6、Handler臨時性內(nèi)存泄漏

Message發(fā)出之后存儲在MessageQueue中，在Message中存在一個target，它是Handler的一個引用，Message在Queue中存在的時間過長，就會導(dǎo)致Handler無法被回收。如果Handler是非靜態(tài)的，則會導(dǎo)致Activity或者Service不會被回收。并且消息隊列是在一個Looper線程中不斷地輪詢處理消息，當(dāng)這個Activity退出時，消息隊列中還有未處理的消息或者正在處理的消息，并且消息隊列中的Message持有Handler實例的引用，Handler又持有Activity的引用，所以導(dǎo)致該Activity的內(nèi)存資源無法及時回收，引發(fā)內(nèi)存泄漏。解決方案如下所示：

• 1、使用一個靜態(tài)Handler內(nèi)部類，然后對Handler持有的對象（一般是Activity）使用弱引用，這樣在回收時，也可以回收Handler持有的對象。

• 2、在Activity的Destroy或者Stop時，應(yīng)該移除消息隊列中的消息，避免Looper線程的消息隊列中有待處理的消息需要處理。需要注意的是，AsyncTask內(nèi)部也是Handler機制，同樣存在內(nèi)存泄漏風(fēng)險，但其一般是臨時性的。對于類似AsyncTask或是線程造成的內(nèi)存泄漏，我們也可以將AsyncTask和Runnable類獨立出來或者使用靜態(tài)內(nèi)部類。

7、容器中的對象沒清理造成的內(nèi)存泄漏

在退出程序之前，將集合里的東西clear，然后置為null，再退出程序

8、WebView

WebView都存在內(nèi)存泄漏的問題，在應(yīng)用中只要使用一次WebView，內(nèi)存就不會被釋放掉。我們可以為WebView開啟一個獨立的進程，使用AIDL與應(yīng)用的主進程進行通信，WebView所在的進程可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要選擇合適的時機進行銷毀，達到正常釋放內(nèi)存的目的。

9、使用ListView時造成的內(nèi)存泄漏

在構(gòu)造Adapter時，使用緩存的convertView。

6、優(yōu)化內(nèi)存空間的方式

6.1、java對象的引用

強引用：我們平時開發(fā)寫的代碼，基本百分之九十九的都是強引用。

軟引用：如果一個對象具有軟引用，那么當(dāng)內(nèi)存不足時，就會回收它。

弱引用：GC時，只要發(fā)現(xiàn)有弱引用，那么就會回收它，當(dāng)然，有可能存在GC多次才發(fā)現(xiàn)

虛引用：虛引用必須要和引用隊列關(guān)聯(lián)起來使用。任何時候都有可能被垃圾回收器回收。一般可以用來判斷GC的頻率，GC頻率過高，那么說明內(nèi)存出了問題。同時也可以監(jiān)聽某個重要的對象是否被回收。

所以，在平時我們編寫代碼的時候，適當(dāng)?shù)氖褂密浺?，弱引用，對我們的?nèi)存優(yōu)化也能起到重要的作用。

6.2、減少不必要的內(nèi)存開銷

1、AutoBoxing

自動裝箱的核心是吧基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的包裝類，比如int 類型只是占用4字節(jié)，但是Integer對象占用16字節(jié)。

2、內(nèi)存復(fù)用

資源復(fù)用：通用的字符串，顏色定義，簡單頁面布局的復(fù)用

視圖復(fù)用：

3、使用優(yōu)化過的數(shù)據(jù)類型

如 SparseArray、SparseBooleanArray、LongSparseArray，使用這些API可以讓我們的程序更加高效。HashMap 工具類會相對比較 低效，因為它 需要為每一個鍵值對都提供一個對象入口，而 SparseArray 就 避免 掉了 基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成對象數(shù)據(jù)類型的時間。

4、項目中少用枚舉

枚舉占用內(nèi)存是常量三倍。

5、在應(yīng)用可以內(nèi)存過低時主動釋放內(nèi)存

在application中的 onTrimMemory/onLowMemory，內(nèi)存緊張時會回調(diào)該方法，我們可以在這個方法中釋放掉圖片緩存，靜態(tài)緩存來避免被kill。

6、避免創(chuàng)建一些不必要的對象

如在字符串拼接時不要用“+”來進行拼接，而是使用StringBuffer，StringBuilder來替代。因為String 內(nèi)部是被final修飾的，不可繼承，使用+進行拼接是會產(chǎn)生一個新的對象，而占用內(nèi)存。

7、盡量不要在一些循環(huán)的地方創(chuàng)建對象。

如自定義的時候在onDraw()方法。

7、優(yōu)雅的檢測大圖

項目中會經(jīng)常遇到這樣的情況，我們的布局中，控件的寬高可能只是50 * 50 但是從服務(wù)器給過來的圖片或者是UI給過來的圖片往往會大很多，而如果圖片在資源文件下還好，可以直接查看寬高，但是如果從服務(wù)器上獲取到的呢，這是我們經(jīng)常會忽略的。而圖片過大，占用的內(nèi)存就更多，這是沒有必要的。那么我們怎么檢測出服務(wù)器給過來的圖片過大的呢？

7.1、繼承ImageView 重新實現(xiàn)onDraw()

這種方法我們可以重新測量圖片的寬高，超過一定的范圍，我們就可以輸出警告。但是這種方法對代碼侵入性很強。如果是有新同學(xué)加入，容易造成代碼混亂。

7.2、ARTHook

Hook的意思是鉤子，也就是在消息過去之前可以把消息勾住，不讓其傳遞，能夠針對不同的消息或者api在執(zhí)行之前，先執(zhí)行我們自己的操作。

這里推薦使用Epic 框架：https://github.com/tiann/epic

添加依賴

implementation 'me.weishu:epic:0.3.6'

創(chuàng)建一個ImageHook類

package com.optimize.performance.memory;

import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.drawable.BitmapDrawable;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.ViewTreeObserver;
import android.widget.ImageView;

import com.optimize.performance.utils.LogUtils;
import com.taobao.android.dexposed.XC_MethodHook;

public class ImageHook extends XC_MethodHook {

    @Override
    protected void afterHookedMethod(MethodHookParam param) throws Throwable {
        super.afterHookedMethod(param);
        // 實現(xiàn)我們的邏輯
        ImageView imageView = (ImageView) param.thisObject;
        checkBitmap(imageView,((ImageView) param.thisObject).getDrawable());
    }

    private static void checkBitmap(Object thiz, Drawable drawable) {
        if (drawable instanceof BitmapDrawable && thiz instanceof View) {
            final Bitmap bitmap = ((BitmapDrawable) drawable).getBitmap();
            if (bitmap != null) {
                final View view = (View) thiz;
                int width = view.getWidth();
                int height = view.getHeight();
                if (width > 0 && height > 0) {
                    // 圖標(biāo)寬高都大于view帶下的2倍以上，則警告
                    if (bitmap.getWidth() >= (width << 1)
                            && bitmap.getHeight() >= (height << 1)) {
                        warn(bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), width, height, new RuntimeException("Bitmap size too large"));
                    }
                } else {
                    final Throwable stackTrace = new RuntimeException();
                    view.getViewTreeObserver().addOnPreDrawListener(new ViewTreeObserver.OnPreDrawListener() {
                        @Override
                        public boolean onPreDraw() {
                            int w = view.getWidth();
                            int h = view.getHeight();
                            if (w > 0 && h > 0) {
                                if (bitmap.getWidth() >= (w << 1)
                                        && bitmap.getHeight() >= (h << 1)) {
                                    warn(bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), w, h, stackTrace);
                                }
                                view.getViewTreeObserver().removeOnPreDrawListener(this);
                            }
                            return true;
                        }
                    });
                }
            }
        }
    }
    
    
    private static void warn(int bitmapWidth, int bitmapHeight, int viewWidth, int viewHeight, Throwable t) {
        String warnInfo = new StringBuilder("Bitmap size too large: ")
                .append("\n real size: (").append(bitmapWidth).append(',').append(bitmapHeight).append(')')
                .append("\n desired size: (").append(viewWidth).append(',').append(viewHeight).append(')')
                .append("\n call stack trace: \n").append(Log.getStackTraceString(t)).append('\n')
                .toString();

        LogUtils.i(warnInfo);
    }

}

在application中

DexposedBridge.hookAllConstructors(ImageView.class, new XC_MethodHook() {
            @Override
            protected void afterHookedMethod(MethodHookParam param) throws Throwable {
                super.afterHookedMethod(param);
                DexposedBridge.findAndHookMethod(ImageView.class, "setImageBitmap", Bitmap.class, new ImageHook());
            }
        });

這樣在開發(fā)者調(diào)用setImageBitmap 來設(shè)置圖片的時候，都會進行對圖片的寬高進行比如，如果超出一定的范圍則進行提示。

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